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ES3035896T3 - Light shuttering for waveguide pupil expansion - Google Patents

Light shuttering for waveguide pupil expansion

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Publication number
ES3035896T3
ES3035896T3 ES23158497T ES23158497T ES3035896T3 ES 3035896 T3 ES3035896 T3 ES 3035896T3 ES 23158497 T ES23158497 T ES 23158497T ES 23158497 T ES23158497 T ES 23158497T ES 3035896 T3 ES3035896 T3 ES 3035896T3
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ES
Spain
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light
image
hologram
waveguide
viewing
Prior art date
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Active
Application number
ES23158497T
Other languages
Spanish (es)
Inventor
Timothy Smeeton
Edward Boardman
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Envisics Ltd
Original Assignee
Envisics Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Envisics Ltd filed Critical Envisics Ltd
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Abstract

Un dispositivo de obturación de luz comprende varias celdas de cristal líquido, cada una operando en un primer o segundo estado óptico en respuesta a una primera o segunda señal de activación. Un circuito de activación comprende varios interruptores y un controlador. Cada interruptor emite la primera o segunda señal de activación a la celda de cristal líquido correspondiente. El controlador actualiza secuencialmente la salida de cada interruptor durante un ciclo de actualización. El circuito de activación determina el orden de actualización de los interruptores durante un ciclo de actualización, en función de los cambios que se produzcan en las señales de activación durante la actualización. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)A light-shuttering device comprises several liquid crystal cells, each operating in a first or second optical state in response to a first or second trigger signal. A trigger circuit comprises several switches and a controller. Each switch emits the first or second trigger signal to the corresponding liquid crystal cell. The controller sequentially updates the output of each switch during a refresh cycle. The trigger circuit determines the refresh order of the switches during a refresh cycle, based on changes in the trigger signals during the refresh.

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

Obturación de luz para expansión de pupila de guía de ondas Light shutter for waveguide pupil expansion

CampoField

La presente divulgación se refiere a la proyección de imágenes. Más específicamente, la presente divulgación se refiere a la proyección holográfica. Algunas realizaciones se refieren a la proyección de imágenes virtuales. Otras realizaciones se refieren a la proyección de una imagen real. Algunas realizaciones se refieren a ver una imagen proyectada a través de una guía de ondas. Algunas realizaciones se refieren a un dispositivo de control, como un dispositivo de obturación de luz, y a un método para controlar la luz de una imagen proyectada a través de una guía de ondas. Algunas realizaciones se refieren a un sistema de visualización que comprende una unidad generadora de imágenes y una guía de ondas dispuesta con un dispositivo de obturación de luz. Algunas realizaciones se refieren a una pantalla de visualización frontal (HUD). The present disclosure relates to image projection. More specifically, the present disclosure relates to holographic projection. Some embodiments relate to virtual image projection. Other embodiments relate to real image projection. Some embodiments relate to viewing an image projected through a waveguide. Some embodiments relate to a control device, such as a light shutter device, and a method for controlling the light of an image projected through a waveguide. Some embodiments relate to a display system comprising an image generating unit and a waveguide arranged with a light shutter device. Some embodiments relate to a head-up display (HUD).

Antecedentes e introducciónBackground and introduction

La luz dispersada por un objeto contiene información de amplitud y fase. Esta información de fase y amplitud puede capturarse, por ejemplo, en una placa fotosensible mediante técnicas de interferencia conocidas para formar una grabación holográfica, u ''holograma'', que comprende franjas de interferencia. El holograma puede reconstruirse mediante iluminación con la luz adecuada para formar una reconstrucción holográfica bidimensional o tridimensional, o una imagen de reproducción, representativa del objeto original. The light scattered by an object contains amplitude and phase information. This phase and amplitude information can be captured, for example, on a photosensitive plate using known interference techniques to form a holographic recording, or "hologram," comprising interference fringes. The hologram can be reconstructed by illumination with appropriate light to form a two- or three-dimensional holographic reconstruction, or reproduction image, representative of the original object.

La holografía generada por ordenador puede simular numéricamente el proceso de interferencia. Un holograma generado por ordenador puede calcularse mediante una técnica basada en una transformación matemática, como la transformada de Fresnel o la transformada de Fourier. Estos tipos de hologramas pueden denominarse hologramas de transformada de Fresnel/Fourier o simplemente hologramas de Fresnel/Fourier. Un holograma de Fourier puede considerarse una representación del objeto plana/en dominio de Fourier o una representación plana/en dominio de frecuencia. Un holograma generado por ordenador también puede calcularse mediante trazado de rayos coherente o una técnica de nube de puntos, por ejemplo. Computer-generated holography can numerically simulate the interference process. A computer-generated hologram can be calculated using a technique based on a mathematical transformation, such as the Fresnel transform or the Fourier transform. These types of holograms may be referred to as Fresnel/Fourier transform holograms or simply Fresnel/Fourier holograms. A Fourier hologram can be considered a planar/Fourier-domain representation of the object or a planar/frequency-domain representation. A computer-generated hologram can also be calculated using coherent ray tracing or a point cloud technique, for example.

Un holograma generado por ordenador puede codificarse en un modulador de luz espacial dispuesto para modular la amplitud y/o la fase de la luz incidente. La modulación de luz puede lograrse mediante cristales líquidos direccionables eléctricamente, cristales líquidos direccionables ópticamente o microespejos, por ejemplo. A computer-generated hologram can be encoded in a spatial light modulator arranged to modulate the amplitude and/or phase of the incident light. Light modulation can be achieved using electrically addressable liquid crystals, optically addressable liquid crystals, or micromirrors, for example.

Un modulador de luz espacial suele comprende una pluralidad de píxeles direccionables individualmente, también denominados células o elementos. El esquema de modulación de luz puede ser binario, multinivel o continuo. Alternativamente, el dispositivo puede ser continuo (es decir, no estar compuesto por píxeles) y, por lo tanto, la modulación de luz puede ser continua a lo largo de todo el dispositivo. El modulador de luz espacial puede ser reflectante, lo que significa que la luz modulada sale por reflexión. El modulador de luz espacial también puede ser transmisivo, lo que significa que la luz modulada sale por transmisión. A spatial light modulator typically comprises a plurality of individually addressable pixels, also referred to as cells or elements. The light modulation scheme can be binary, multilevel, or continuous. Alternatively, the device can be continuous (i.e., not composed of pixels), and thus the light modulation can be continuous throughout the device. The spatial light modulator can be reflective, meaning that the modulated light exits by reflection. The spatial light modulator can also be transmissive, meaning that the modulated light exits by transmission.

Se puede proporcionar un proyector holográfico utilizando el sistema descrito en esta memoria. Estos proyectores se han aplicado, por ejemplo, en pantallas de visualización frontal (HUD) y sistemas de detección y alcance de luz (LIDAR). A holographic projector can be provided using the system described herein. These projectors have been used, for example, in head-up displays (HUDs) and light detection and ranging (LIDAR) systems.

El documento EP0136085A1 divulga un dispositivo electroóptico para influir en la presentación de información visual cuando se coloca ante los ojos de un observador, que comprende una o más celdas de cristal líquido colestérico que, bajo el control de una señal de activación eléctrica, pueden conmutarse rápidamente, por medio del efecto de cambio de fase colestérico-nemático, entre una textura transparente clara y una textura turbia y dispersa. EP0136085A1 discloses an electro-optical device for influencing the presentation of visual information when placed before the eyes of an observer, comprising one or more cholesteric liquid crystal cells which, under the control of an electrical drive signal, can be rapidly switched, by means of the cholesteric-nematic phase change effect, between a clear transparent texture and a turbid, scattered texture.

El documento US2018188528A1 divulga un dispositivo óptico que incluye una guía de ondas que incluye un elemento óptico de acoplamiento interno configurado para acoplar luz en la guía de ondas, un elemento distribuidor de luz configurado para recibir luz del elemento óptico de acoplamiento interno y distribuir luz en una longitud de onda seleccionada, y un elemento óptico de acoplamiento externo configurado para recibir luz del elemento distribuidor de luz y acoplar luz fuera de la guía de ondas. US2018188528A1 discloses an optical device including a waveguide including an internal coupling optical element configured to couple light into the waveguide, a light distributing element configured to receive light from the internal coupling optical element and distribute light at a selected wavelength, and an external coupling optical element configured to receive light from the light distributing element and couple light out of the waveguide.

CompendioCompendium

Aspectos de la presente divulgación se definen en las reivindicaciones independientes adjuntas. Aspects of the present disclosure are defined in the appended independent claims.

La presente divulgación se refiere a la proyección de imágenes. Se refiere a un método de proyección de imágenes y a un proyector de imágenes que comprende un dispositivo de visualización. La presente divulgación también se refiere a un sistema de proyección que comprende el proyector de imágenes y un sistema de visión. The present disclosure relates to image projection. It relates to an image projection method and an image projector comprising a display device. The present disclosure also relates to a projection system comprising the image projector and a viewing system.

La presente divulgación es particularmente aplicable a un sistema de visión binocular. El sistema de visión puede comprender un ojo o los ojos del observador. El sistema de visión comprende un elemento óptico con potencia óptica (por ejemplo, una o más lentes del ojo humano) y un plano de visión (por ejemplo, la retina del ojo humano). El proyector de imágenes puede denominarse "sistema de visualización" o "motor de luz". El dispositivo de visualización y la imagen formada (o percibida) mediante este se separan espacialmente entre sí. La imagen se forma, o es percibida por el observador, en un plano de visualización. En algunas realizaciones, la imagen es una imagen virtual y el plano de visualización puede denominarse plano de imagen virtual. La imagen se forma iluminando un patrón difractivo de una estructura difractiva (por ejemplo, un holograma) que se muestra en un dispositivo de visualización, como un modulador de luz espacial (por ejemplo, un modulador de luz espacial LCOS, del inglés liquid crystal on silicon). The present disclosure is particularly applicable to a binocular vision system. The vision system may comprise an eye or eyes of the observer. The vision system comprises an optical element with optical power (e.g., one or more lenses of the human eye) and a viewing plane (e.g., the retina of the human eye). The image projector may be referred to as a "display system" or "light engine." The display device and the image formed (or perceived) thereby are spatially separated from one another. The image is formed, or perceived by the observer, in a viewing plane. In some embodiments, the image is a virtual image and the viewing plane may be referred to as a virtual image plane. The image is formed by illuminating a diffractive pattern of a diffractive structure (e.g., a hologram) displayed on a display device, such as a spatial light modulator (e.g., a liquid crystal on silicon LCOS spatial light modulator).

Nuestra solicitud de patente en el Reino Unido GB2108456.1 en tramitación con la presente, presentada el 14 de junio de 2021 y titulada "Waveguide Pupil Expansion", divulga ejemplos de dicho sistema de proyección. Our co-pending UK patent application GB2108456.1, filed on June 14, 2021, entitled "Waveguide Pupil Expansion," discloses examples of such a projection system.

El sistema de proyección utiliza una guía de ondas en la ruta óptica entre el proyector de imágenes y el sistema de visión. Esta guía de ondas amplía el campo de visión y, por lo tanto, la distancia máxima de propagación, a la que se puede acceder con el ángulo de difracción completo del dispositivo de visualización. Además, el uso de una guía de ondas puede aumentar lateralmente la caja ocular del usuario, lo que permite cierto movimiento ocular, sin afectar la visión de la imagen. Por lo tanto, la guía de ondas puede denominarse expansor de pupila. The projection system uses a waveguide in the optical path between the image projector and the viewing system. This waveguide expands the field of view and thus the maximum propagation distance, accessible with the full diffraction angle of the display device. Furthermore, the use of a waveguide can laterally enlarge the user's eyecup, allowing some eye movement without affecting the image. Therefore, the waveguide may be referred to as a pupil expander.

En el sistema de proyección divulgado en el documento GB2108456.1, el dispositivo de visualización visualiza un tipo especial de holograma que se configura para dirigir la luz a una pluralidad de canales, denominados "canales holográficos", donde cada canal corresponde a una parte diferente (es decir, una subárea) de la imagen. Cada canal holográfico se emite desde múltiples puntos de transmisión diferentes en la guía de ondas, hacia el sistema de visión, de modo que la luz del mismo canal holográfico se propaga desde cada punto de transmisión en el mismo ángulo o intervalo de ángulos. Por lo tanto, cada canal holográfico puede denominarse "canal angular". En otras palabras, cada canal holográfico puede comprender luz modulada espacialmente según una parte diferente de la imagen y, por lo tanto, corresponde a un contenido de imagen distinto. La luz del mismo contenido de imagen puede emitirse desde múltiples puntos de transmisión diferentes en la guía de ondas, todos en el mismo ángulo o dentro del mismo intervalo angular con respecto a una superficie de la guía de ondas, incluso aunque los puntos de transmisión estén separados espacialmente entre sí a lo largo de la superficie de salida que forma el "orificio de salida" de la guía de ondas. In the projection system disclosed in GB2108456.1, the display device displays a special type of hologram that is configured to direct light into a plurality of channels, referred to as "holographic channels," where each channel corresponds to a different portion (i.e., a subarea) of the image. Each holographic channel is emitted from multiple different transmission points in the waveguide, toward the viewing system, such that light from the same holographic channel propagates from each transmission point at the same angle or range of angles. Therefore, each holographic channel may be referred to as an "angular channel." In other words, each holographic channel may comprise light spatially modulated according to a different portion of the image and thus corresponds to distinct image content. Light of the same image content may be emitted from multiple different transmission points in the waveguide, all at the same angle or within the same angular range with respect to a waveguide surface, even though the transmission points are spatially separated from each other along the exit surface that forms the "exit hole" of the waveguide.

El sistema de proyección puede disponerse de forma que no más de una instancia de cada canal holográfico alcance un ojo, una abertura o ventana de visión individual del sistema de visión. Sin embargo, es habitual que un sistema de visión tenga múltiples aberturas, cada una con una ubicación diferente y, por lo tanto, con una posición de visión distinta. Por ejemplo, un observador humano suele ver una imagen dentro de una ventana de visión o "caja ocular" con dos ojos separados espacialmente. Por lo tanto, existe el riesgo de que una pluralidad de instancias de la luz del mismo canal holográfico (es decir, un canal holográfico común) alcancen una pluralidad de aberturas o ventanas de visión (también denominadas "pupilas de entrada") del sistema de visión, prácticamente de forma simultánea. Si esto sucediera, el cerebro del observador — o el procesador asociado a un sistema de visión artificial — percibiría que ambos ojos (o ambos, o cada una de las aberturas de visión) habían recibido luz del mismo contenido de la imagen (es decir, luz de la misma parte o punto de la imagen) desde el mismo ángulo, a pesar de que dichos ojos o aberturas de visión se encuentran en diferentes puntos de vista. Esto resulta contraintuitivo para un observador o un sistema de visión, ya que, según principios matemáticos bien establecidos, dos puntos de vista diferentes deberían, normalmente, recibir luz desde un punto común desde diferentes ángulos. The projection system may be arranged so that no more than one instance of each holographic channel reaches a single eye, aperture, or viewing window of the viewing system. However, it is common for a viewing system to have multiple apertures, each with a different location and, therefore, a distinct viewing position. For example, a human observer typically views an image within a viewing window or "eye box" with two spatially separated eyes. Therefore, there is a risk that multiple instances of light from the same holographic channel (i.e., a common holographic channel) reach multiple apertures or viewing windows (also referred to as "entrance pupils") of the viewing system, virtually simultaneously. If this were to happen, the observer's brain—or the processor associated with a machine vision system—would perceive that both eyes (or both, or each of the viewing apertures) had received light from the same image content (i.e., light from the same part or point of the image) from the same angle, even though those eyes or viewing apertures are at different viewpoints. This is counterintuitive for an observer or a vision system, since, according to well-established mathematical principles, two different viewpoints should, normally, receive light from a common point at different angles.

En consecuencia, la norma GB2108456.1 propone un dispositivo de control y un método para controlar la luz emitida por una guía de ondas y abordar este problema. Las realizaciones comprenden un dispositivo de control en forma de "dispositivo de obturación de luz", que puede considerarse como "abertura de guía de ondas". El dispositivo de obturación de luz puede configurarse para bloquear o impedir selectivamente la propagación de la luz modulada espacialmente emitida por la guía de ondas y para permitir la propagación del resto de dicha luz hacia el sistema de visión. En particular, el dispositivo de obturación de luz puede bloquear o impedir selectivamente la propagación de uno o más canales de luz modulada espacialmente emitidos por la guía de ondas y para permitir la propagación de uno o más canales respectivos hacia el sistema de visión. El dispositivo de control puede comprender uno o más agujeros, o aberturas, y una o más paredes o barreras para emitir y bloquear selectivamente la luz procedente de la guía de ondas. El dispositivo de control puede configurarse dinámicamente para seleccionar y/o cambiar qué parte(s) del dispositivo actúa(n) como agujero y qué otra(s) parte(s) respectiva(s) actúa(n) como barrera en un momento dado. El dispositivo de control puede comprender una pluralidad de "configuraciones" o "configuraciones de bloqueo de luz" que definen la disposición, incluyendo el tamaño y la posición, de los agujeros y barreras. Las configuraciones de bloqueo de luz del dispositivo de control pueden predeterminarse o determinarse en tiempo real. En esta memoria, las configuraciones de bloqueo de luz también se denominan "estadios" o "fases" del dispositivo de control. Accordingly, GB2108456.1 proposes a control device and a method for controlling light emitted by a waveguide and addressing this problem. Embodiments comprise a control device in the form of a "light shutter device," which can be thought of as a "waveguide aperture." The light shutter device may be configured to selectively block or impede the propagation of spatially modulated light emitted by the waveguide and to allow the propagation of the remainder of said light toward the vision system. In particular, the light shutter device may selectively block or impede the propagation of one or more channels of spatially modulated light emitted by the waveguide and to allow the propagation of one or more respective channels toward the vision system. The control device may comprise one or more holes, or apertures, and one or more walls or barriers for selectively emitting and blocking light from the waveguide. The control device may be dynamically configured to select and/or change which portion(s) of the device act(s) as the opening and which other portion(s) act(s) as the barrier at a given time. The control device may comprise a plurality of "configurations" or "light-blocking configurations" that define the arrangement, including the size and position, of the openings and barriers. The light-blocking configurations of the control device may be predetermined or determined in real time. The light-blocking configurations are also referred to herein as "stages" or "phases" of the control device.

La presente divulgación se refiere a mejoras en el dispositivo de control. En particular, el dispositivo de control descrito comprende un dispositivo de obturación de luz posicionado adyacente a la superficie de salida externa (es decir, el orificio de salida) de la guía de ondas, que forma la pupila de salida expandida. Por lo tanto, el dispositivo de obturación de luz se coloca a lo largo de la ruta óptica entre la guía de ondas y el sistema de visión. El dispositivo de control mejorado puede tener una aplicación particular para bloquear selectivamente la luz, de modo que la luz del mismo canal holográfico, transmitida desde diferentes puntos de la guía de ondas, no alcance más de una de las pupilas de entrada del sistema de visión, prácticamente al mismo tiempo. The present disclosure relates to improvements in the control device. In particular, the described control device comprises a light-shuttering device positioned adjacent to the external exit surface (i.e., the exit hole) of the waveguide, which forms the expanded exit pupil. The light-shuttering device is therefore positioned along the optical path between the waveguide and the vision system. The improved control device may have a particular application for selectively blocking light, such that light from the same holographic channel, transmitted from different points in the waveguide, does not reach more than one of the entrance pupils of the vision system, at substantially the same time.

Como se describe en GB2108456.1, es deseable que el dispositivo de control se disponga de forma que la configuración de bloqueo de luz pueda cambiarse dinámicamente o conmutarse rápidamente. En particular, en algunas implementaciones, es deseable que cada elemento conmutable del dispositivo de control pueda actualizarse en un periodo de tiempo inferior a 0,1 ms. As described in GB2108456.1, it is desirable for the control device to be arranged so that the light-blocking setting can be changed dynamically or switched rapidly. In particular, in some implementations, it is desirable for each switchable element of the control device to be able to update in a time period of less than 0.1 ms.

El dispositivo de obturación de luz de la presente divulgación se configura como una pluralidad de píxeles, como una agrupación unidimensional, en donde cada píxel forma un "obturador" para bloquear selectivamente la luz proveniente de un punto de transmisión correspondiente a lo largo de la guía de ondas. En algunas realizaciones, los píxeles son celdas de cristal líquido, operables en dos estados ópticos. En un estado óptico, la celda de cristal líquido bloquea (por ejemplo, absorbe o refleja) la luz incidente desde una posición (o región) correspondiente en la guía de ondas, para evitar la transmisión de luz. En el otro estado óptico, la celda de cristal líquido es transparente, de modo que la luz incidente procedente de una posición (o región) correspondiente en la guía de ondas se transmite a través de ella. Los píxeles del dispositivo de obturación de luz se controlan mediante señales de control, como es bien conocido en la técnica. Sin embargo, para algunas celdas de cristal líquido, como los píxeles de un dispositivo de cristal líquido de celda delgada, el periodo de tiempo para cambiar de un segundo estado óptico a un primer estado óptico es mayor que el tiempo para cambiar del primer estado óptico al segundo estado óptico, o viceversa. Por ejemplo, el periodo de tiempo de conmutación es más largo cuando la celda de cristal líquido se "relaja" a su nuevo estado (el primer estado óptico) en comparación con cuando es "impulsada" a su nuevo estado (el segundo estado óptico). The light shutter device of the present disclosure is configured as a plurality of pixels, as a one-dimensional array, wherein each pixel forms a "shutter" to selectively block light from a corresponding transmission point along the waveguide. In some embodiments, the pixels are liquid crystal cells, operable in two optical states. In one optical state, the liquid crystal cell blocks (e.g., absorbs or reflects) incident light from a corresponding position (or region) in the waveguide, to prevent light transmission. In the other optical state, the liquid crystal cell is transparent, such that incident light from a corresponding position (or region) in the waveguide is transmitted therethrough. The pixels of the light shutter device are controlled by control signals, as is well known in the art. However, for some liquid crystal cells, such as the pixels in a thin-cell liquid crystal device, the time to switch from a second optical state to a first optical state is longer than the time to switch from the first optical state to the second optical state, or vice versa. For example, the switching time is longer when the liquid crystal cell "relaxes" to its new state (the first optical state) compared to when it is "driven" to its new state (the second optical state).

La presente divulgación aborda el problema técnico de que el periodo de tiempo de conmutación de los píxeles de un dispositivo de obturación de luz, al conmutar en una dirección en la que la celda de cristal líquido se "relaja" a su nuevo estado, es demasiado largo para los requisitos de la aplicación, lo que compromete el rendimiento. En particular, si el dispositivo de obturación de luz no conmuta con la suficiente rapidez - tal como en el periodo de tiempo asociado con el apagado o la "puerta" de la fuente de luz durante la actualización de fotogramas de la pantalla - algunos píxeles del dispositivo podrían no actualizarse al iniciarse la visualización del siguiente fotograma de la imagen. Cabe decir que la actualización de la configuración del dispositivo de obturación de luz puede ser incompleta. En consecuencia, existe el riesgo de que la luz no se bloquee o se impida su propagación desde la guía de ondas durante un fotograma determinado. Por ejemplo, la luz que debería bloquearse podría propagarse al sistema de visión, y/o bien, la luz que debería permitirse propagarse al sistema de visión podría bloquearse. En algunos ejemplos, existe el riesgo de que la luz del mismo canal holográfico angular aún pueda propagarse desde múltiples puntos de transmisión desde la guía de ondas hasta el sistema de visión, como se ha descrito anteriormente. The present disclosure addresses the technical problem that the switching time period of the pixels of a light shutter device, when switching in a direction in which the liquid crystal cell "relaxes" to its new state, is too long for the application requirements, thereby compromising performance. In particular, if the light shutter device does not switch quickly enough—such as in the time period associated with the light source turning off or "gating" during a display frame refresh—some pixels in the device may not be updated when the next image frame is displayed. Importantly, the configuration update of the light shutter device may be incomplete. Consequently, there is a risk that light may not be blocked or may be prevented from propagating from the waveguide during a given frame. For example, light that should be blocked may propagate to the vision system, and/or light that should be allowed to propagate to the vision system may be blocked. In some examples, there is a risk that light from the same angular holographic channel may still propagate from multiple transmission points from the waveguide to the vision system, as described above.

Según la invención reivindicada, cada píxel del dispositivo de obturación de luz se activa directamente mediante una de las siguientes señales: una primera señal de activación y una segunda señal de activación, en donde la primera señal de activación conmuta el píxel al primer estado óptico y la segunda al segundo. Además, durante un ciclo de actualización que actualiza la configuración del dispositivo de obturación de luz, el orden de activación de los píxeles se determina en función de los cambios en las respectivas señales de activación que se realicen durante la actualización. En particular, el orden de activación de los píxeles del dispositivo de obturación de luz puede determinarse para compensar el periodo de tiempo de conmutación del píxel. En particular, el orden en que se activan los píxeles del dispositivo de obturación de luz se determina de modo que cualquier cambio de estado relativamente lento se realice primero. De esta manera, el dispositivo de obturación de luz puede actualizarse ventajosamente con rapidez (en particular, con la suficiente rapidez como para igualar, al menos, la velocidad de fotogramas del dispositivo de visualización con el que se utiliza). De este modo, se evita considerablemente el riesgo de bloquear o transmitir incorrectamente partes o canales de luz durante un fotograma determinado debido a un ciclo de actualización incompleto de los píxeles. According to the claimed invention, each pixel of the light shutter device is directly driven by one of the following signals: a first drive signal and a second drive signal, wherein the first drive signal switches the pixel to the first optical state and the second to the second. Furthermore, during a refresh cycle that updates the configuration of the light shutter device, the order in which the pixels are driven is determined based on changes in the respective drive signals that occur during the refresh. In particular, the order in which the pixels of the light shutter device are driven may be determined to compensate for the switching time period of the pixel. In particular, the order in which the pixels of the light shutter device are driven is determined such that any relatively slow state changes occur first. In this manner, the light shutter device may advantageously be updated quickly (in particular, quickly enough to at least match the frame rate of the display device with which it is used). This significantly reduces the risk of blocking or incorrectly transmitting parts or light channels during a given frame due to an incomplete pixel refresh cycle.

Por consiguiente, se proporciona un circuito de activación para activar un dispositivo de obturación de luz que comprende una pluralidad de celdas de cristal líquido. Cada celda de cristal líquido opera en un primer o segundo estado óptico en respuesta a una primera o segunda señal de activación. El circuito de activación comprende una pluralidad de conmutadores. Cada conmutador se dispone para tener como salida la primera o segunda señal de activación a la celda de cristal líquido respectiva. El circuito de activación comprende además un controlador de activación dispuesto para actualizar secuencialmente la salida de cada conmutador durante un ciclo de actualización. El circuito de activación se dispone para determinar el orden de actualización secuencial de los conmutadores digitales durante un ciclo de actualización, en función de los cambios que se produzcan en las señales de activación durante la actualización. Accordingly, a drive circuit is provided for driving a light shutter device comprising a plurality of liquid crystal cells. Each liquid crystal cell operates in a first or second optical state in response to a first or second drive signal. The drive circuit comprises a plurality of switches. Each switch is arranged to output the first or second drive signal to the respective liquid crystal cell. The drive circuit further comprises a drive controller arranged to sequentially update the output of each switch during a refresh cycle. The drive circuit is arranged to determine the sequential refresh order of the digital switches during a refresh cycle, based on changes in the drive signals during the refresh.

El primer estado óptico de la celda de cristal líquido puede ser transparente o "apagado", y el segundo puede ser opaco o "encendido". Según la invención reivindicada, las celdas de cristal líquido tardan más en cambiar del segundo estado óptico al primero que del primero al segundo. En particular, las celdas de cristal líquido suelen tardar más en cambiar al "relajarse" a un nuevo estado, como al cambiar del segundo estado óptico al primero (por ejemplo, al pasar de opaco a transparente o de "encendido" a "apagado"). Según la invención reivindicada, el circuito de activación se dispone durante un ciclo de actualización para actualizar la salida de cualquier conmutador que cambie de la segunda señal de activación a la primera antes que cualquier otro conmutador digital. Por lo tanto, las celdas de cristal líquido que tardan más en alcanzar su nuevo estado óptico se conmutan primero durante la actualización secuencial, lo que garantiza que todas las celdas de cristal líquido estén completamente actualizadas al final del ciclo de actualización. En otras palabras, el circuito de activación se dispone para compensar el tiempo de conmutación más lento (tiempo de relajación) del segundo estado óptico al primer estado óptico. The first optical state of the liquid crystal cell may be transparent or "off," and the second may be opaque or "on." In accordance with the claimed invention, liquid crystal cells take longer to change from the second optical state to the first than from the first to the second. In particular, liquid crystal cells typically take longer to change when "relaxing" to a new state, such as when changing from the second optical state to the first (e.g., when going from opaque to transparent or from "on" to "off"). In accordance with the claimed invention, the driving circuit is arranged during a refresh cycle to update the output of any switch that switches from the second drive signal to the first before any other digital switch. Therefore, liquid crystal cells that take the longest to reach their new optical state are switched first during the sequential refresh, ensuring that all liquid crystal cells are fully refreshed at the end of the refresh cycle. In other words, the drive circuit is arranged to compensate for the slower switching time (relaxation time) from the second optical state to the first optical state.

En algunas realizaciones, la pluralidad de conmutadores comprende una pluralidad de conmutadores digitales. Cada conmutador digital comprende una primera entrada dispuesta para recibir la primera señal de activación y una segunda entrada configurada para recibir la segunda señal de activación. En algunos ejemplos, un condensador se asocia con cada conmutador digital. Cada condensador dispone una entrada de control al conmutador digital correspondiente en respuesta a una señal del controlador de activación durante un ciclo de actualización, para tener como salid selectivamente la primera o la segunda señal de activación a la celda de cristal líquido correspondiente. De esta manera, el condensador mantiene la entrada de control al conmutador digital entre actualizaciones, de modo que la señal de activación de salida del conmutador digital a la celda de cristal líquido respectiva se mantiene estable. In some embodiments, the plurality of switches comprises a plurality of digital switches. Each digital switch comprises a first input arranged to receive the first drive signal and a second input configured to receive the second drive signal. In some embodiments, a capacitor is associated with each digital switch. Each capacitor provides a control input to the corresponding digital switch in response to a signal from the drive controller during a refresh cycle, to selectively output either the first or the second drive signal to the corresponding liquid crystal cell. In this manner, the capacitor maintains the control input to the digital switch between refreshes such that the drive signal output from the digital switch to the respective liquid crystal cell remains stable.

En algunas realizaciones, el circuito de activación comprende además un circuito de multiplexación para enrutar secuencialmente señales de control desde el controlador de activación para actualizar la salida de cada uno de los conmutadores durante un ciclo de actualización. In some embodiments, the trigger circuit further comprises a multiplexing circuit for sequentially routing control signals from the trigger controller to update the output of each of the switches during an update cycle.

En algunas realizaciones, las celdas de cristal líquido del dispositivo de obturación de luz se disponen en una agrupación unidimensional. En algunos ejemplos, el dispositivo de obturación de luz se dispone para restringir el área de la cara de salida de un replicador óptico (p. ej., una guía de ondas) visible desde un plano de visión. En algunas implementaciones, el replicador óptico se dispone para generar una pluralidad de réplicas de un holograma. El dispositivo de obturación de luz se dispone entre un dispositivo de visualización y un sistema de visión, como un visor. In some embodiments, the liquid crystal cells of the light-shuttering device are arranged in a one-dimensional array. In some examples, the light-shuttering device is arranged to restrict the area of the output face of an optical replicator (e.g., a waveguide) visible from a viewing plane. In some implementations, the optical replicator is arranged to generate a plurality of replicas of a hologram. The light-shuttering device is disposed between a display device and a vision system, such as a viewfinder.

En algunas realizaciones, se completa al menos un ciclo de actualización (o, opcionalmente, una pluralidad de) dentro del tiempo de integración del ojo humano. En algunas disposiciones, se inicia un ciclo de actualización si se detecta un cambio en la posición de visión del observador. In some embodiments, at least one (or, optionally, a plurality of) update cycles are completed within the integration time of the human eye. In some embodiments, an update cycle is initiated if a change in the observer's viewing position is detected.

Se proporciona además un motor de luz (o sistema de visualización o proyector de imágenes) dispuesto para formar una imagen visible desde una ventana de visión. El motor de luz comprende un dispositivo de visualización, un replicador óptico y un dispositivo de obturación de luz, como se describe en esta memoria. El dispositivo de visualización se dispone para visualizar un holograma de la imagen y modular espacialmente la luz de acuerdo con dicho holograma. El replicador óptico comprende un expansor de pupila de guía de ondas, dispuesto para recibir la luz modulada espacialmente y proporcionar una pluralidad de rutas de propagación de luz diferentes para la luz modulada espacialmente desde el dispositivo de visualización hasta la ventana de visión. El dispositivo de obturación de luz se dispone entre la guía de ondas y la ventana de visión. En algunas realizaciones, el holograma se configura para distribuir angularmente la luz modulada espacialmente de la imagen según la posición del contenido de la imagen, de modo que los canales angulares de la luz modulada espacialmente se correspondan con las respectivas regiones continuas de la imagen. Further provided is a light engine (or display system or image projector) arranged to form an image visible from a viewing window. The light engine comprises a display device, an optical replicator, and a light shutter device, as described herein. The display device is arranged to display a hologram of the image and spatially modulate the light in accordance with said hologram. The optical replicator comprises a waveguide pupil expander, arranged to receive the spatially modulated light and provide a plurality of different light propagation paths for the spatially modulated light from the display device to the viewing window. The light shutter device is disposed between the waveguide and the viewing window. In some embodiments, the hologram is configured to angularly distribute the spatially modulated light of the image according to the position of the image content, such that angular channels of the spatially modulated light correspond to respective continuous regions of the image.

En algunas realizaciones, al menos una celda de cristal líquido de la pluralidad de celdas del dispositivo de obturación de luz forma una abertura dispuesta de tal manera que una primera posición de visión dentro de la ventana de visión recibe luz modulada espacialmente con una primera ruta de propagación de luz asociada a través del replicador óptico, y una segunda posición de visión dentro de la ventana de visión recibe luz modulada espacialmente con una segunda ruta de propagación de luz asociada a través del replicador óptico. La primera ruta de propagación de luz es diferente de la segunda. En algunas realizaciones, la luz modulada espacialmente asociada a la primera ruta de propagación de luz es un primer canal de luz modulada espacialmente, y la luz modulada espacialmente asociada a la segunda ruta de propagación de luz es un segundo canal de luz modulada espacialmente. En particular, al menos una celda de cristal líquido de la pluralidad de celdas de cristal líquido del dispositivo de obturación de luz puede formar una abertura dispuesta de tal manera que una primera posición de visión dentro de la ventana de visión recibe un primer canal de luz modulado espacialmente por el holograma de acuerdo con una primera región de la imagen y una segunda posición de visión dentro de la ventana de visión recibe un segundo canal de luz modulado espacialmente por el holograma de acuerdo con una segunda región de la imagen. In some embodiments, at least one liquid crystal cell of the plurality of cells of the light shutter device forms an aperture arranged such that a first viewing position within the viewing window receives spatially modulated light with a first associated light propagation path through the optical replicator, and a second viewing position within the viewing window receives spatially modulated light with a second associated light propagation path through the optical replicator. The first light propagation path is different from the second. In some embodiments, the spatially modulated light associated with the first light propagation path is a first spatially modulated light channel, and the spatially modulated light associated with the second light propagation path is a second spatially modulated light channel. In particular, at least one liquid crystal cell of the plurality of liquid crystal cells of the light shutter device may form an opening arranged such that a first viewing position within the viewing window receives a first light channel spatially modulated by the hologram according to a first image region and a second viewing position within the viewing window receives a second light channel spatially modulated by the hologram according to a second image region.

En algunas realizaciones, la primera y la segunda región son regiones adyacentes de la imagen. En algunas realizaciones, los canales angulares adyacentes de la luz modulada espacialmente corresponden a regiones adyacentes de la imagen. En algunas realizaciones, la primera y la segunda región de la imagen prácticamente no se superponen. In some embodiments, the first and second regions are adjacent regions of the image. In some embodiments, adjacent angular channels of the spatially modulated light correspond to adjacent regions of the image. In some embodiments, the first and second regions of the image substantially do not overlap.

En algunas realizaciones, la imagen es una imagen virtual percibida aguas arriba del dispositivo de visualización. En algunas realizaciones, el dispositivo de obturación de luz se acopla a una cara de salida del expansor de pupila de guía de ondas. En algunas realizaciones, el dispositivo de obturación de luz restringe el área de la cara de salida de la guía de ondas visible desde la ventana de visión. En algunas realizaciones, el expansor de pupila de guía de ondas y la ventana de visión no son paralelos. In some embodiments, the image is a virtual image perceived upstream of the display device. In some embodiments, the light shutter device is coupled to an output face of the waveguide pupil expander. In some embodiments, the light shutter device restricts the area of the waveguide output face visible from the viewing window. In some embodiments, the waveguide pupil expander and the viewing window are not parallel.

En algunas realizaciones, el dispositivo de control comprende al menos un agujero, por ejemplo, una pluralidad de agujeros. Cada agujero puede proporcionar a la primera y/o segunda posición de visión una ruta de propagación de luz respectiva de luz modulada espacialmente, de modo que la luz modulada espacialmente que se ha propagado por diferentes rutas de propagación de luz, se entrega, respectivamente, a las posiciones de visión primera y segunda prácticamente al mismo tiempo. Cuando el holograma es un holograma de canalización, configurado para distribuir angularmente la luz de imagen modulada espacialmente según la posición del contenido de la imagen, el dispositivo de control puede comprender al menos un agujero, por ejemplo, una pluralidad de, en donde cada agujero proporciona a la primera y/o segunda posición de visión un canal de luz modulada espacialmente, de modo que se distribuya, respectivamente, contenido de imagen diferente a la primera y segunda posición de visión prácticamente al mismo tiempo. En algunas realizaciones, los canales respectivos no se superponen, sino que son continuos. In some embodiments, the control device comprises at least one hole, e.g., a plurality of holes. Each hole may provide the first and/or second viewing positions with a respective light propagation path of spatially modulated light, such that spatially modulated light that has propagated via different light propagation paths is delivered, respectively, to the first and second viewing positions at substantially the same time. When the hologram is a channeling hologram, configured to angularly distribute the spatially modulated image light according to the position of the image content, the control device may comprise at least one hole, e.g., a plurality of holes, wherein each hole provides the first and/or second viewing positions with a channel of spatially modulated light, such that different image content is respectively distributed to the first and second viewing positions at substantially the same time. In some embodiments, the respective channels do not overlap, but are continuous.

En algunas realizaciones, el dispositivo de control se configura de tal manera que cada agujero puede conmutarse entre una posición abierta y una cerrada, lo que proporciona una pluralidad de configuraciones diferentes, en las que cada configuración de dispositivo de control comprende una secuencia alterna de agujeros y cierres. El dispositivo de control puede configurarse para proporcionar una primera configuración de dispositivo de control en un primer momento y una segunda configuración de dispositivo de control en un segundo momento, en donde la primera configuración de dispositivo de control y la segunda configuración de dispositivo de control son complementarias. Ventajosamente, el intervalo de tiempo entre el primero momento y el segundo momento es menor que el tiempo de integración del ojo humano. In some embodiments, the control device is configured such that each hole is switchable between an open and a closed position, providing a plurality of different configurations, wherein each control device configuration comprises an alternating sequence of holes and closures. The control device may be configured to provide a first control device configuration at a first time and a second control device configuration at a second time, wherein the first control device configuration and the second control device configuration are complementary. Advantageously, the time interval between the first time and the second time is less than the integration time of the human eye.

En algunas realizaciones, una primera configuración de dispositivo de control proporcionada por el dispositivo de control entrega luz modulada según las zonas de imagen primera y tercera a la primera posición de visión, y luz modulada según las zonas de imagen segunda y cuarta de la imagen a la segunda posición de visión, en donde las zonas primera a cuarta son áreas contiguas y ordenadas de la imagen. En algunas realizaciones, una segunda configuración de dispositivo de control proporcionada por el dispositivo de control entrega luz modulada según las zonas de imagen segunda y cuarta de la imagen a la primera posición de visión, y luz modulada según las zonas de imagen primera y tercera de la imagen a la segunda posición de visión. En algunas realizaciones, el contenido de imagen de cualquiera de las zonas de imagen primera a cuarta, tal como se entrega en la primera posición de visión, no es idéntico al contenido de imagen de la zona correspondiente de las zonas de imagen primera a cuarta, tal como se proporciona en la segunda posición de visión. In some embodiments, a first control device configuration provided by the control device delivers modulated light according to the first and third image regions to the first viewing position, and modulated light according to the second and fourth image regions of the image to the second viewing position, wherein the first through fourth regions are contiguous and ordered areas of the image. In some embodiments, a second control device configuration provided by the control device delivers modulated light according to the second and fourth image regions of the image to the first viewing position, and modulated light according to the first and third image regions of the image to the second viewing position. In some embodiments, the image content of any of the first through fourth image regions, as delivered at the first viewing position, is not identical to the image content of the corresponding region of the first through fourth image regions, as provided at the second viewing position.

En algunas realizaciones, la primera posición de visión y la segunda posición de visión son las posiciones primera y segunda del ojo de un observador, y la ventana de visión es una caja ocular. In some embodiments, the first viewing position and the second viewing position are the first and second eye positions of an observer, and the viewing window is an eyebox.

En algunas realizaciones, un tamaño y/o una ubicación, dentro del dispositivo de control, de al menos una de los agujeros es variable dinámicamente. In some embodiments, a size and/or location, within the control device, of at least one of the holes is dynamically variable.

El término "holograma" se utiliza para referirse a la grabación que contiene información de amplitud o fase, o una combinación de ambas, relativa al objeto. El término "reconstrucción holográfica" se utiliza para referirse a la reconstrucción óptica del objeto que se forma al iluminar el holograma. El sistema descrito en esta memoria se describe como un "proyector holográfico" porque la reconstrucción holográfica puede ser una imagen real y estar separada espacialmente del holograma. El término "campo de reproducción" se utiliza para referirse al área 2D dentro de la cual se forma y enfoca completamente la reconstrucción holográfica. Si el holograma se visualiza en un modulador de luz espacial que comprende píxeles, el campo de reproducción se repetirá en forma de una pluralidad de órdenes difractadas, en donde cada orden difractado es una réplica del campo de reproducción de orden cero. El campo de reproducción de orden cero generalmente corresponde al campo de reproducción preferido o principal, ya que es el más brillante. Salvo que se indique explícitamente lo contrario, el término "campo de reproducción" debe entenderse como referencia al campo de reproducción de orden cero. El término "plano de reproducción" se utiliza para referirse al plano espacial que contiene todos los campos de reproducción. Los términos "imagen", "imagen de reproducción" y "región de imagen" se refieren a las áreas del campo de reproducción iluminadas por la luz de la reconstrucción holográfica. En algunas realizaciones, la "imagen" puede comprender puntos discretos que pueden denominarse "puntos de imagen" o, por conveniencia, "píxeles de imagen". The term "hologram" refers to a recording containing amplitude or phase information, or a combination of both, related to the object. The term "holographic reconstruction" refers to the optical reconstruction of the object formed by illuminating the hologram. The system described herein is described as a "holographic projector" because the holographic reconstruction can be a real image and spatially separate from the hologram. The term "reproduction field" refers to the 2D area within which the holographic reconstruction is formed and fully focused. If the hologram is displayed on a spatial light modulator comprising pixels, the reproduction field will be repeated in the form of a plurality of diffracted orders, where each diffracted order is a replica of the zero-order reproduction field. The zero-order reproduction field generally corresponds to the preferred or main reproduction field, since it is the brightest. Unless explicitly stated otherwise, the term "reproduction field" should be understood as referring to the zero-order reproduction field. The term "playback plane" refers to the spatial plane containing all the playback fields. The terms "image," "playback image," and "image region" refer to the areas of the playback field illuminated by the holographic reconstruction light. In some embodiments, the "image" may comprise discrete points, which may be referred to as "image points" or, for convenience, "image pixels."

Los términos "codificación", "escritura" o "direccionamiento" se utilizan para describir el proceso de proporcionar la pluralidad de píxeles del SLM una pluralidad de valores de control que determinan el nivel de modulación de cada píxel. Se puede decir que los píxeles del SLM se configuran para "visualizar" una distribución de modulación de luz al recibir la pluralidad de valores de control. Por lo tanto, se puede decir que el SLM "visualiza" un holograma, y este puede considerarse una agrupación de valores o niveles de modulación de luz. The terms "encoding," "writing," or "addressing" are used to describe the process of providing the plurality of pixels in the SLM with a plurality of control values that determine the modulation level of each pixel. The pixels in the SLM can be said to be configured to "display" a distribution of light modulation upon receiving the plurality of control values. Therefore, the SLM can be said to "display" a hologram, and this can be considered a grouping of light modulation values or levels.

Se ha descubierto que se puede generar una reconstrucción holográfica de calidad aceptable a partir de un "holograma" que contenga únicamente información de fase relacionada con el objeto original (es decir, la imagen de destino para la reconstrucción). Dicha grabación holográfica puede denominarse holograma de solo fase. Las realizaciones se refieren a un holograma de solo fase, pero la presente divulgación es igualmente aplicable a la holografía de solo amplitud. La presente divulgación no se limita a ningún método particular de cálculo de hologramas. Algunas realizaciones se refieren a hologramas de nube de puntos (es decir, hologramas generados mediante métodos de nube de puntos), a modo de ejemplo únicamente. Sin embargo, la presente divulgación es igualmente aplicable a hologramas de tipo Fourier o Fresnel y a hologramas calculados mediante otras técnicas, como el trazado de rayos coherente. It has been discovered that a holographic reconstruction of acceptable quality can be generated from a "hologram" containing only phase information related to the original object (i.e., the target image for reconstruction). Such a holographic recording may be referred to as a phase-only hologram. Embodiments relate to a phase-only hologram, but the present disclosure is equally applicable to amplitude-only holography. The present disclosure is not limited to any particular method of calculating holograms. Some embodiments relate to point cloud holograms (i.e., holograms generated by point cloud methods), by way of example only. However, the present disclosure is equally applicable to Fourier- or Fresnel-type holograms and to holograms calculated by other techniques, such as coherent ray tracing.

La presente divulgación también es aplicable a la formación de una reconstrucción holográfica utilizando información de amplitud y fase relacionada con el objeto original (es decir, la imagen de destino). En algunas realizaciones, esto se logra mediante modulación compleja utilizando un holograma completamente complejo que contiene información de amplitud y fase relacionada con el objeto original. Este holograma puede denominarse holograma completamente complejo porque el valor (nivel de gris) asignado a cada píxel tiene componentes de amplitud y fase. El valor (nivel de gris) asignado a cada píxel puede representarse como un número complejo con componentes de amplitud y fase. En algunas realizaciones, se calcula un holograma completamente complejo generado por ordenador. The present disclosure is also applicable to forming a holographic reconstruction using amplitude and phase information related to the original object (i.e., the target image). In some embodiments, this is achieved by complex modulation using a fully complex hologram containing amplitude and phase information related to the original object. This hologram may be referred to as a fully complex hologram because the value (gray level) assigned to each pixel has amplitude and phase components. The value (gray level) assigned to each pixel may be represented as a complex number with amplitude and phase components. In some embodiments, a computer-generated fully complex hologram is calculated.

Se puede hacer referencia al valor de fase, componente de fase, información de fase o, simplemente, fase de los píxeles del holograma generado por ordenador o del modulador de luz espacial como abreviatura de "retardo de fase". Es decir, cualquier valor de fase descrito es, de hecho, un número (p. ej., en el intervalo del 0 al 2n) que representa la cantidad de retardo de fase proporcionado por ese píxel. Por ejemplo, un píxel del modulador de luz espacial descrito con un valor de fase de n/2 retrasará la fase de la luz recibida en n/2 radianes. En algunas realizaciones, cada píxel del modulador de luz espacial puede operar en uno de una pluralidad de posibles valores de modulación (p. ej., valores de retardo de fase). El término "nivel de gris" puede usarse para referirse a la pluralidad de niveles de modulación disponibles. Por ejemplo, el término "nivel de gris" puede usarse por conveniencia para referirse a la pluralidad de niveles de fase disponibles en un modulador de solo fase, aunque los diferentes niveles de fase no proporcionen diferentes tonos de gris. El término "nivel de gris" también puede usarse por conveniencia para referirse a la pluralidad de niveles de modulación complejos disponibles en un modulador complejo. The phase value, phase component, phase information, or simply the phase of the pixels in the computer-generated hologram or spatial light modulator may be referred to as shorthand for "phase delay." That is, any phase value described is, in fact, a number (e.g., in the range of 0 to 2n) that represents the amount of phase delay provided by that pixel. For example, a pixel in the spatial light modulator described as having a phase value of n/2 will delay the phase of the received light by n/2 radians. In some embodiments, each pixel in the spatial light modulator may operate at one of a plurality of possible modulation values (e.g., phase delay values). The term "gray level" may be used to refer to the plurality of available modulation levels. For example, the term "gray level" may be used for convenience to refer to the plurality of phase levels available in a phase-only modulator, even though different phase levels do not provide different shades of gray. The term "gray level" may also be used for convenience to refer to the plurality of complex modulation levels available in a complex modulator.

Por lo tanto, el holograma comprende una agrupación de niveles de gris, es decir, una agrupación de valores de modulación de luz, como una agrupación de valores de retardo de fase o valores de modulación complejos. El holograma también se considera un patrón difractivo porque causa difracción cuando se visualiza en un modulador de luz espacial y se ilumina con luz con una longitud de onda comparable, generalmente menor, a la distancia entre píxeles del modulador de luz espacial. Se hace referencia en esta memoria a la combinación del holograma con otros patrones difractivos, como patrones difractivos que funcionan como una lente o una rejilla. Por ejemplo, un patrón difractivo que funciona como una rejilla puede combinarse con un holograma para trasladar el campo de reproducción en el plano de reproducción, o un patrón difractivo que funciona como una lente puede combinarse con un holograma para enfocar la reconstrucción holográfica en un plano de reproducción en el campo cercano. Thus, the hologram comprises a grouping of gray levels, i.e., a grouping of light modulation values, such as a grouping of phase delay values or complex modulation values. The hologram is also considered a diffractive pattern because it causes diffraction when viewed in a spatial light modulator and illuminated with light with a wavelength comparable to, and generally shorter than, the inter-pixel pitch of the spatial light modulator. Reference is made herein to the combination of the hologram with other diffractive patterns, such as diffractive patterns functioning as a lens or a grating. For example, a diffractive pattern functioning as a grating may be combined with a hologram to translate the playback field into the playback plane, or a diffractive pattern functioning as a lens may be combined with a hologram to focus the holographic reconstruction on a playback plane into the near field.

Aunque diferentes realizaciones y grupos de realizaciones pueden describirse por separado en la descripción detallada que sigue, cualquier característica de cualquier realización o grupo de realizaciones puede combinarse con cualquier otra característica o combinación de características de cualquier realización o grupo de realizaciones. Es decir, se contemplan todas las posibles combinaciones y permutaciones de las características descritas en la presente divulgación, siempre que estén contempladas en las reivindicaciones adjuntas. Although different embodiments and groups of embodiments may be described separately in the detailed description that follows, any feature of any embodiment or group of embodiments may be combined with any other feature or combination of features of any other embodiment or group of embodiments. That is, all possible combinations and permutations of the features described in this disclosure are contemplated, provided they are contemplated by the appended claims.

Breve descripción de los dibujosBrief description of the drawings

Se describen realizaciones específicas únicamente a modo de ejemplo con referencia a las siguientes figuras: Specific embodiments are described by way of example only with reference to the following figures:

la Figura 1 es un esquema que muestra un SLM reflectante que produce una reconstrucción holográfica en una pantalla; Figure 1 is a schematic showing a reflective SLM producing a holographic reconstruction on a display;

la Figura 2A ilustra una primera iteración de un algoritmo de tipo Gerchberg-Saxton de ejemplo; Figure 2A illustrates a first iteration of an example Gerchberg-Saxton type algorithm;

la Figura 2B ilustra la segunda iteración y las subsiguientes del algoritmo de tipo Gerchberg-Saxton de ejemplo; la Figura 2C ilustra iteraciones alternativas segundas y subsiguientes del algoritmo de tipo Gerchberg-Saxton de ejemplo; Figure 2B illustrates the second and subsequent iterations of the example Gerchberg-Saxton type algorithm; Figure 2C illustrates alternative second and subsequent iterations of the example Gerchberg-Saxton type algorithm;

la Figura 3 es un esquema de un SLM LCOS reflexivo; Figure 3 is a schematic of a reflective SLM LCOS;

la Figura 4 muestra el contenido angular de una imagen virtual que se propaga efectivamente desde un dispositivo de visualización hacia una abertura; Figure 4 shows the angular content of a virtual image effectively propagating from a display device to an aperture;

la Figura 5A muestra un sistema de visión con una distancia de propagación relativamente pequeña; Figure 5A shows a vision system with a relatively small propagation distance;

la Figura 5B muestra un sistema de visión con una distancia de propagación relativamente grande; Figure 5B shows a vision system with a relatively large propagation distance;

la Figura 6A muestra un sistema de visión con una distancia de propagación relativamente grande, que incluye una guía de ondas, para formar una imagen virtual en el infinito; Figure 6A shows a vision system with a relatively large propagation distance, including a waveguide, for forming a virtual image at infinity;

la Figura 6B muestra una vista ampliada de las rutas ópticas de la Figura 6A; Figure 6B shows an enlarged view of the optical paths of Figure 6A;

la Figura 7A muestra una imagen que comprende una pluralidad de áreas de imagen (abajo) y un holograma correspondiente que comprende una pluralidad de componentes de holograma (arriba); Figure 7A shows an image comprising a plurality of image areas (bottom) and a corresponding hologram comprising a plurality of hologram components (top);

la Figura 7B muestra un holograma, según la presente divulgación, caracterizado por el enrutamiento o canalización de luz codificada holográficamente en una pluralidad de canales de holograma discretos; Figure 7B shows a hologram, according to the present disclosure, characterized by routing or channeling holographically encoded light into a plurality of discrete hologram channels;

la Figura 7C muestra un sistema optimizado dispuesto para enrutar el contenido de luz de cada canal del holograma a través de una ruta óptica diferente hasta el ojo; Figure 7C shows an optimized system arranged to route the light content of each channel of the hologram through a different optical path to the eye;

la Figura 8 muestra un sistema que incluye una guía de ondas que tiene como salida múltiples instancias de un canal de luz angular; Figure 8 shows a system including a waveguide outputting multiple instances of an angular light channel;

la Figura 9 muestra una guía de ondas y un sistema de visión; Figure 9 shows a waveguide and vision system;

la Figura 10 comprende un gráfico que muestra una relación entre un ángulo de rayo de luz y la posición a lo largo de la guía de ondas (P<wg>) para la guía de ondas de la Figura 9; Figure 10 comprises a graph showing a relationship between a light ray angle and position along the waveguide (P<wg>) for the waveguide of Figure 9;

la Figura 11 muestra un dispositivo de control de acuerdo con las realizaciones, dispuesto respecto al gráfico de la Figura 10, para una imagen que tiene 4 zonas; Figure 11 shows a control device according to embodiments, arranged relative to the graph of Figure 10, for an image having 4 zones;

la Figura 12 muestra un esquema de activación para modificar la configuración de un dispositivo de control que comprende un dispositivo de obturación de luz, de acuerdo con las realizaciones; Figure 12 shows an activation scheme for modifying the configuration of a control device comprising a light shutter device, according to embodiments;

la Figura 13 muestra un diagrama de bloques de un sistema para accionar el dispositivo de obturación de luz de la Figura 12, de acuerdo con las realizaciones. Figure 13 shows a block diagram of a system for driving the light shutter device of Figure 12, according to embodiments.

Se utilizarán los mismos números de referencia en todos los dibujos para hacer referencia a las mismas piezas o piezas similares. The same reference numbers shall be used throughout the drawings to refer to the same or similar parts.

Descripción detallada de realizacionesDetailed description of realizations

La presente invención no se limita a las realizaciones descritas a continuación, sino que se extiende al alcance completo de las reivindicaciones adjuntas. Es decir, la presente invención puede implementarse de diferentes formas y no debe interpretarse como limitada a las realizaciones descritas, las cuales se presentan a título ilustrativo. The present invention is not limited to the embodiments described below, but rather extends to the full scope of the appended claims. That is, the present invention may be implemented in various forms and should not be construed as limited to the described embodiments, which are presented for illustrative purposes only.

Los términos en forma singular pueden incluir formas plurales a menos que se especifique lo contrario. Singular terms may include plural forms unless otherwise specified.

Una estructura descrita como formada en una parte superior/porción inferior de otra estructura o sobre/debajo de la otra estructura debe interpretarse como que incluye un caso en el que las estructuras entran en contacto entre sí y, además, un caso en el que una tercera estructura se dispone entre ellas. A structure described as being formed on a top/bottom portion of another structure or on/below the other structure should be interpreted as including a case where the structures come into contact with each other and, in addition, a case where a third structure is arranged between them.

Al describir una relación temporal —por ejemplo, cuando el orden temporal de los eventos se describe como "después", "subsecuente", "siguiente", "antes" o similares— la presente divulgación debe considerarse que incluye eventos continuos y discontinuos, a menos que se especifique lo contrario. Por ejemplo, la descripción debe incluir un caso que no sea continuo, a menos que se utilicen términos como "justo", "inmediato" o "directo". When describing a temporal relationship—for example, when the temporal order of events is described as "after," "subsequent," "next," "before," or the like—this disclosure should be considered to include both continuous and discontinuous events, unless otherwise specified. For example, the description should include an instance that is not continuous, unless terms such as "just," "immediate," or "direct" are used.

Aunque los términos "primero", "segundo", etc., pueden usarse en esta memoria para describir diversos elementos, estos no se limitan a estos términos. Estos términos solo se utilizan para distinguir un elemento de otro. Por ejemplo, un primer elemento podría denominarse segundo elemento y, de forma similar, un segundo elemento podría denominarse primer elemento, sin apartarse del alcance de las reivindicaciones adjuntas. Although the terms "first," "second," etc., may be used herein to describe various elements, they are not limited to these terms. These terms are used only to distinguish one element from another. For example, a first element could be referred to as a second element, and similarly, a second element could be referred to as a first element, without departing from the scope of the appended claims.

Las características de diferentes realizaciones pueden estar parcial o totalmente acopladas o combinadas entre sí, y pueden interoperar entre sí de diversas maneras. Algunas realizaciones pueden llevarse a cabo de forma independiente o conjunta en una relación de codependencia. The features of different embodiments may be partially or fully coupled or combined with each other, and may interoperate with each other in various ways. Some embodiments may be implemented independently or jointly in a codependent relationship.

Configuración ópticaOptical configuration

La Figura 1 muestra una realización en la que un holograma generado por ordenador se codifica en un único modulador de luz espacial. El holograma generado por ordenador es una transformada de Fourier del objeto para su reconstrucción. Cabe destacar que esto es solo un ejemplo, y que en la presente divulgación se contemplan otros métodos para la generación del holograma por ordenador. Por lo tanto, se puede decir que el holograma es una representación del objeto en el dominio de Fourier, el dominio de frecuencia o el dominio espectral. En esta realización, el modulador de luz espacial es un dispositivo de cristal líquido reflectante sobre silicio (LCOS). El holograma se codifica en el modulador de luz espacial y se forma una reconstrucción holográfica en un campo de reproducción, por ejemplo, una superficie receptora de luz, como una pantalla o un difusor. Figure 1 shows an embodiment in which a computer-generated hologram is encoded in a single spatial light modulator. The computer-generated hologram is a Fourier transform of the object for its reconstruction. It should be noted that this is only an example, and that other methods for generating the computer hologram are contemplated in the present disclosure. Therefore, the hologram can be said to be a representation of the object in the Fourier domain, the frequency domain, or the spectral domain. In this embodiment, the spatial light modulator is a reflective liquid crystal on silicon (LCOS) device. The hologram is encoded in the spatial light modulator, and a holographic reconstruction is formed on a reproduction field, for example, a light-receiving surface, such as a screen or diffuser.

Una fuente de luz 110, por ejemplo un láser o un diodo láser, se dispone para iluminar el SLM 140 mediante una lente de colimación 111. Esta lente de colimación genera un frente de onda de luz generalmente plano que incide sobre el SLM. En la Figura 1, la dirección del frente de onda es anormal (por ejemplo, dos o tres grados por debajo de la ortogonalidad respecto al plano de la capa transparente). Sin embargo, en otras realizaciones, el frente de onda generalmente plano se proporciona con incidencia normal y se utiliza una disposición de divisor de haz para separar las rutas ópticas de entrada y salida. En la realización mostrada en la Figura 1, la disposición es tal que la luz de la fuente luminosa se refleja en una superficie trasera espejada del SLM e interactúa con una capa moduladora de luz para formar un frente de onda de salida 112. Este frente de onda de salida 112 se aplica a un sistema óptico que incluye una lente de transformada de Fourier 120, cuyo foco está en una pantalla 125. Más específicamente, la lente de transformada de Fourier 120 recibe un haz de luz modulada del SLM 140 y realiza una transformación espacio-frecuencial para producir una reconstrucción holográfica en la pantalla 125. A light source 110, for example a laser or laser diode, is arranged to illuminate the SLM 140 via a collimating lens 111. This collimating lens generates a generally flat wavefront of light incident upon the SLM. In Figure 1, the direction of the wavefront is abnormal (for example, two or three degrees below orthogonality to the plane of the transparent layer). However, in other embodiments, the generally flat wavefront is provided at normal incidence and a beam splitter arrangement is used to separate the input and output optical paths. In the embodiment shown in Figure 1, the arrangement is such that light from the light source reflects off a mirrored rear surface of the SLM and interacts with a light modulating layer to form an output wavefront 112. This output wavefront 112 is applied to an optical system including a Fourier transform lens 120, the focus of which is on a display 125. More specifically, the Fourier transform lens 120 receives a modulated light beam from the SLM 140 and performs a space-frequency transformation to produce a holographic reconstruction on the display 125.

Cabe destacar que, en este tipo de holografía, cada píxel del holograma contribuye a la reconstrucción completa. No existe una correlación biunívoca entre puntos específicos (o píxeles de la imagen) en el campo de reproducción y elementos moduladores de luz específicos (o píxeles del holograma). En otras palabras, la luz modulada que sale de la capa moduladora de luz se distribuye por todo el campo de reproducción. It's worth noting that, in this type of holography, each pixel of the hologram contributes to the entire reconstruction. There is no one-to-one correlation between specific points (or image pixels) in the playback field and specific light-modulating elements (or hologram pixels). In other words, the modulated light exiting the light-modulating layer is distributed throughout the entire playback field.

En estas realizaciones, la posición de la reconstrucción holográfica en el espacio está determinada por la potencia dióptrica (de enfoque) de la lente de transformada de Fourier. En la realización mostrada en la Figura 1, la lente de transformada de Fourier es una lente física. Es decir, es una lente de transformada de Fourier óptica, y la transformada de Fourier se realiza ópticamente. Cualquier lente puede actuar como una lente de transformada de Fourier, pero su rendimiento limitará la precisión de la transformada de Fourier que realiza. El experto en la técnica entiende cómo utilizar una lente para realizar una transformada de Fourier óptica. In these embodiments, the position of the holographic reconstruction in space is determined by the dioptric (focusing) power of the Fourier transform lens. In the embodiment shown in Figure 1, the Fourier transform lens is a physical lens. That is, it is an optical Fourier transform lens, and the Fourier transform is performed optically. Any lens can act as a Fourier transform lens, but its performance will limit the accuracy of the Fourier transform it performs. One skilled in the art understands how to use a lens to perform an optical Fourier transform.

Cálculo de hologramaHologram calculation

En algunas realizaciones, el holograma generado por ordenador es un holograma de transformada de Fourier, o simplemente un holograma de Fourier o un holograma basado en Fourier, en el que se reconstruye una imagen en el campo lejano utilizando las propiedades de la transformada de Fourier de una lente positiva. El holograma de Fourier se calcula mediante la transformada de Fourier del campo de luz deseado en el plano de reproducción al plano de la lente. Los hologramas de Fourier generados por ordenador pueden calcularse mediante transformadas de Fourier. In some embodiments, the computer-generated hologram is a Fourier transform hologram, or simply a Fourier hologram or a Fourier-based hologram, in which a far-field image is reconstructed using the Fourier transform properties of a positive lens. The Fourier hologram is calculated by Fourier transforming the desired light field at the reproduction plane to the lens plane. Computer-generated Fourier holograms may be calculated using Fourier transforms.

Un holograma de transformada de Fourier puede calcularse mediante un algoritmo como el de Gerchberg-Saxton. Además, este algoritmo puede utilizarse para calcular un holograma en el dominio de Fourier (es decir, un holograma de transformada de Fourier) a partir de información de amplitud en el dominio espacial (como una fotografía). La información de fase relacionada con el objeto se recupera eficazmente de la información de amplitud en el dominio espacial. En algunas realizaciones, un holograma generado por ordenador se calcula a partir de información de amplitud utilizando el algoritmo de Gerchberg-Saxton o una variante del mismo. A Fourier transform hologram may be calculated using an algorithm such as the Gerchberg-Saxton algorithm. Furthermore, this algorithm may be used to calculate a Fourier domain hologram (i.e., a Fourier transform hologram) from amplitude information in the spatial domain (such as a photograph). Phase information related to the object is efficiently recovered from the amplitude information in the spatial domain. In some embodiments, a computer-generated hologram is calculated from amplitude information using the Gerchberg-Saxton algorithm or a variant thereof.

El algoritmo de Gerchberg-Saxton considera la situación cuando se conocen las secciones transversales de intensidad de un haz de luz, Ia(x, y) e Ib(x, y), en los planos A y B respectivamente, y Ia(x, y) e Ib(x, y) están relacionadas por una única transformada de Fourier. Con las secciones transversales de intensidad dadas, se encuentra una aproximación a la distribución de fase en los planos A y B, ^<a>(<x>, y) y Y<b>(<x>, y) respectivamente. The Gerchberg-Saxton algorithm considers the situation when the intensity cross sections of a light beam, Ia(x, y) and Ib(x, y), in planes A and B respectively, are known, and Ia(x, y) and Ib(x, y) are related by a single Fourier transform. With the intensity cross sections given, an approximation to the phase distribution in planes A and B is found, ^<a>(<x>, y) and Y<b>(<x>, y) respectively.

El algoritmo de Gerchberg-Saxton encuentra soluciones a este problema siguiendo un proceso iterativo. Más específicamente, el algoritmo de Gerchberg-Saxton aplica iterativamente restricciones espaciales y espectrales mientras transfiere repetidamente un conjunto de datos (amplitud y fase), representativo de Ia(x, y) e Ib(x, y), entre el dominio espacial y el dominio de Fourier (espectral o de frecuencia). El holograma generado por ordenador correspondiente en el dominio espectral se obtiene a través de al menos una iteración del algoritmo. El algoritmo es convergente y se dispone para generar un holograma que representa una imagen de entrada. El holograma puede ser de solo amplitud, de solo fase o completamente complejo. The Gerchberg-Saxton algorithm finds solutions to this problem following an iterative process. More specifically, the Gerchberg-Saxton algorithm iteratively applies spatial and spectral constraints while repeatedly transferring a data set (amplitude and phase), representative of Ia(x, y) and Ib(x, y), between the spatial domain and the Fourier (spectral or frequency) domain. The corresponding computer-generated hologram in the spectral domain is obtained through at least one iteration of the algorithm. The algorithm is convergent and is set to generate a hologram representing an input image. The hologram can be amplitude-only, phase-only, or fully complex.

En algunas realizaciones, un holograma de solo fase se calcula utilizando un algoritmo basado en el algoritmo de Gerchberg-Saxton, como se describe en las patentes británicas 2,498,170 o 2,501,112, que se incorporan al presente documento en su totalidad por referencia. Sin embargo, las realizaciones descritas en esta memoria describen el cálculo de un holograma de solo fase solo a modo de ejemplo. En estas realizaciones, el algoritmo de Gerchberg-Saxton recupera la información de fase ^[u, v] de la transformada de Fourier del conjunto de datos, lo que genera una información de amplitud conocida T[x, y], en donde la información de amplitud T[x, y] es representativa de una imagen de destino (p. ej., una fotografía). Dado que la magnitud y la fase se combinan intrínsecamente en la transformada de Fourier, la magnitud y la fase transformadas contienen información útil sobre la precisión del conjunto de datos calculado. Por lo tanto, el algoritmo puede utilizarse iterativamente con retroalimentación tanto de la información de amplitud como de fase. Sin embargo, en estas realizaciones, solo se utiliza la información de fase ^[u, v] como holograma para generar una representación holográfica de la imagen de destino en un plano de imagen. El holograma es un conjunto de datos (por ejemplo, una agrupación 2D) de valores de fase. In some embodiments, a phase-only hologram is calculated using an algorithm based on the Gerchberg-Saxton algorithm, as described in UK Patents 2,498,170 or 2,501,112, which are incorporated herein in their entireties by reference. However, the embodiments described herein describe the calculation of a phase-only hologram by way of example only. In these embodiments, the Gerchberg-Saxton algorithm recovers the phase information ^[u, v] from the Fourier transform of the data set, which generates known amplitude information T[x, y], wherein the amplitude information T[x, y] is representative of a target image (e.g., a photograph). Since magnitude and phase are intrinsically combined in the Fourier transform, the transformed magnitude and phase contain useful information about the accuracy of the calculated data set. Therefore, the algorithm can be used iteratively with feedback of both amplitude and phase information. However, in these embodiments, only the phase information ^[u, v] is used as a hologram to generate a holographic representation of the target image in an image plane. The hologram is a data set (e.g., a 2D cluster) of phase values.

En otras realizaciones, se utiliza un algoritmo basado en el algoritmo de Gerchberg-Saxton para calcular un holograma completamente complejo. Un holograma completamente complejo es un holograma que tiene un componente de magnitud y un componente de fase. El holograma es un conjunto de datos (por ejemplo, una agrupación 2D) que comprende una agrupación de valores de datos complejos, en donde cada valor de datos complejos comprende un componente de magnitud y un componente de fase. In other embodiments, an algorithm based on the Gerchberg-Saxton algorithm is used to calculate a fully complex hologram. A fully complex hologram is a hologram that has a magnitude component and a phase component. The hologram is a data set (e.g., a 2D array) comprising a grouping of complex data values, wherein each complex data value comprises a magnitude component and a phase component.

En algunas realizaciones, el algoritmo procesa datos complejos y las transformadas de Fourier son transformadas de Fourier complejas. Los datos complejos pueden considerarse que comprenden (i) un componente real y un componente imaginario, o (ii) un componente de magnitud y un componente de fase. En algunas realizaciones, los dos componentes de los datos complejos se procesan de forma diferente en los diversos estadios del algoritmo. In some embodiments, the algorithm processes complex data, and the Fourier transforms are complex Fourier transforms. The complex data may be considered to comprise (i) a real component and an imaginary component, or (ii) a magnitude component and a phase component. In some embodiments, the two components of the complex data are processed differently at various stages of the algorithm.

La Figura 2A ilustra la primera iteración de un algoritmo, según algunas realizaciones, para calcular un holograma de solo fase. La entrada del algoritmo es una imagen de entrada 210 que comprende una agrupación 2D de píxeles o valores de datos, en donde cada píxel o valor de datos es un valor de magnitud o amplitud. Es decir, cada píxel o valor de datos de la imagen de entrada 210 no tiene un componente de fase. Por lo tanto, la imagen de entrada 210 puede considerarse una distribución de solo magnitud, solo amplitud o solo intensidad. Un ejemplo de dicha imagen de entrada 210 es una fotografía o un fotograma de vídeo que comprende una secuencia temporal de fotogramas. La primera iteración del algoritmo comienza con una etapa de formación de datos 202A que consiste en asignar un valor de fase aleatorio a cada píxel de la imagen de entrada, utilizando una distribución de fase aleatoria (o semilla de fase aleatoria) 230, para formar un conjunto de datos complejo inicial, en donde cada elemento de datos del conjunto comprende magnitud y fase. Se puede decir que el conjunto de datos complejo inicial es representativo de la imagen de entrada en el dominio espacial. Figure 2A illustrates the first iteration of an algorithm, according to some embodiments, for calculating a phase-only hologram. The input to the algorithm is an input image 210 comprising a 2D array of pixels or data values, wherein each pixel or data value is a magnitude or amplitude value. That is, each pixel or data value in the input image 210 does not have a phase component. Therefore, the input image 210 may be considered a magnitude-only, amplitude-only, or intensity-only distribution. An example of such an input image 210 is a photograph or a video frame comprising a temporal sequence of frames. The first iteration of the algorithm begins with a data formation step 202A of assigning a random phase value to each pixel in the input image, using a random phase distribution (or random phase seed) 230, to form an initial complex data set, wherein each data element in the set comprises magnitude and phase. It can be said that the initial complex data set is representative of the input image in the spatial domain.

El primer bloque de procesamiento 250 recibe el conjunto de datos complejos iniciales y realiza una transformada de Fourier compleja para formar un conjunto de datos complejos transformados de Fourier. El segundo bloque de procesamiento 253 recibe el conjunto de datos complejos transformados de Fourier y genera un holograma 280A. En algunas realizaciones, el holograma 280A es un holograma de solo fase. En estas realizaciones, el segundo bloque de procesamiento 253 cuantifica cada valor de fase y establece cada valor de amplitud en la unidad para formar el holograma 280A. Cada valor de fase se cuantifica de acuerdo con los niveles de fase que pueden representarse en los píxeles del modulador de luz espacial que se utilizará para "visualizar" el holograma de solo fase. Por ejemplo, si cada píxel del modulador de luz espacial proporciona 256 niveles de fase diferentes, cada valor de fase del holograma se cuantifica en un nivel de fase de los 256 niveles de fase posibles. El holograma 280A es un holograma de Fourier de solo fase que representa una imagen de entrada. En otras realizaciones, el holograma 280A es un holograma completamente complejo que comprende una agrupación de valores de datos complejos (cada uno con un componente de amplitud y un componente de fase) derivados del conjunto de datos complejos recibidos mediante la transformada de Fourier. En algunas realizaciones, el segundo bloque de procesamiento 253 restringe cada valor de datos complejos a uno de la pluralidad de niveles de modulación complejos permitidos para formar el holograma 280A. Esta restricción puede incluir ajustar cada valor de datos complejos al nivel de modulación complejo permitido más cercano en el plano complejo. The first processing block 250 receives the initial complex data set and performs a complex Fourier transform to form a Fourier transformed complex data set. The second processing block 253 receives the Fourier transformed complex data set and generates a hologram 280A. In some embodiments, the hologram 280A is a phase-only hologram. In these embodiments, the second processing block 253 quantizes each phase value and sets each amplitude value to unity to form the hologram 280A. Each phase value is quantized according to the phase levels that can be represented in the pixels of the spatial light modulator that will be used to "display" the phase-only hologram. For example, if each pixel of the spatial light modulator provides 256 different phase levels, each phase value of the hologram is quantized into one phase level of the 256 possible phase levels. Hologram 280A is a phase-only Fourier hologram representing an input image. In other embodiments, hologram 280A is a fully complex hologram comprising a grouping of complex data values (each having an amplitude component and a phase component) derived from the received complex data set via the Fourier transform. In some embodiments, second processing block 253 constrains each complex data value to one of a plurality of allowable complex modulation levels to form hologram 280A. This constraining may include adjusting each complex data value to the nearest allowable complex modulation level in the complex plane.

Se puede decir que el holograma 280A representa la imagen de entrada en el dominio espectral, de Fourier o de frecuencia. En algunas realizaciones, el algoritmo se detiene en este punto. Hologram 280A can be said to represent the input image in the spectral, Fourier, or frequency domain. In some embodiments, the algorithm stops at this point.

Sin embargo, en otras realizaciones, el algoritmo continúa como se representa con la flecha punteada en la Figura 2A. En otras palabras, las etapas que siguen a la flecha punteada en la Figura 2A son opcionales (es decir, no son esenciales para todas las realizaciones). However, in other embodiments, the algorithm continues as represented by the dotted arrow in Figure 2A. In other words, the steps following the dotted arrow in Figure 2A are optional (i.e., not essential for all embodiments).

El tercer bloque de procesamiento 256 recibe el conjunto de datos complejos modificados del segundo bloque de procesamiento 253 y realiza una transformada de Fourier inversa para generar un conjunto de datos complejos transformados de Fourier inversa. Este conjunto de datos complejos transformados de Fourier inversa es representativo de la imagen de entrada en el dominio espacial. The third processing block 256 receives the modified complex data set from the second processing block 253 and performs an inverse Fourier transform to generate an inverse Fourier transformed complex data set. This inverse Fourier transformed complex data set is representative of the input image in the spatial domain.

El cuarto bloque de procesamiento 259 recibe el conjunto de datos complejos de la transformada de Fourier inversa y extrae la distribución de valores de magnitud 211A y la distribución de valores de fase 213A. Opcionalmente, el cuarto bloque de procesamiento 259 evalúa la distribución de valores de magnitud 211A. Específicamente, el cuarto bloque de procesamiento 259 puede comparar la distribución de valores de magnitud 211A del conjunto de datos complejos de la transformada de Fourier inversa con la imagen de entrada 510, que es, por supuesto, una distribución de valores de magnitud. Si la diferencia entre la distribución de valores de magnitud 211A y la imagen de entrada 210 es suficientemente pequeña, el cuarto bloque de procesamiento 259 puede determinar que el holograma 280A es aceptable. Es decir, si la diferencia entre la distribución de los valores de magnitud 211A y la imagen de entrada 210 es suficientemente pequeña, el cuarto bloque de procesamiento 259 puede determinar que el holograma 280A es un representante suficientemente preciso de la imagen de entrada 210. En algunas realizaciones, la distribución de los valores de fase 213A del conjunto de datos complejos de la transformada de Fourier inversa se ignora para fines de comparación. Se apreciará que se puede emplear cualquier número de métodos diferentes para comparar la distribución de los valores de magnitud 211A y la imagen de entrada 210 y que la presente divulgación no se limita a ningún método en particular. En algunas realizaciones, se calcula una diferencia cuadrática media y, si esta es menor que un valor umbral, el holograma 280A se considera aceptable. Si el cuarto bloque de procesamiento 259 determina que el holograma 280A no es aceptable, se puede realizar una iteración adicional del algoritmo. Sin embargo, esta etapa de comparación no es esencial y en otras realizaciones, el número de iteraciones del algoritmo realizado está predeterminado o preestablecido o definido por el usuario. The fourth processing block 259 receives the inverse Fourier transform complex data set and extracts the magnitude value distribution 211A and the phase value distribution 213A. Optionally, the fourth processing block 259 evaluates the magnitude value distribution 211A. Specifically, the fourth processing block 259 may compare the magnitude value distribution 211A of the inverse Fourier transform complex data set to the input image 510, which is, of course, a magnitude value distribution. If the difference between the magnitude value distribution 211A and the input image 210 is sufficiently small, the fourth processing block 259 may determine that the hologram 280A is acceptable. That is, if the difference between the distribution of magnitude values 211A and the input image 210 is sufficiently small, the fourth processing block 259 may determine that the hologram 280A is a sufficiently accurate representative of the input image 210. In some embodiments, the distribution of phase values 213A of the inverse Fourier transform complex data set is ignored for comparison purposes. It will be appreciated that any number of different methods may be employed to compare the distribution of magnitude values 211A and the input image 210 and that the present disclosure is not limited to any particular method. In some embodiments, a root mean square difference is calculated and if it is less than a threshold value, the hologram 280A is deemed acceptable. If the fourth processing block 259 determines that the hologram 280A is not acceptable, a further iteration of the algorithm may be performed. However, this comparison step is not essential and in other embodiments, the number of iterations of the algorithm performed is predetermined or preset or defined by the user.

La Figura 2B representa una segunda iteración del algoritmo y cualquier iteración posterior. La distribución de valores de fase 213A de la iteración anterior se retroalimenta a través de los bloques de procesamiento del algoritmo. La distribución de valores de magnitud 211A se rechaza en favor de la distribución de valores de magnitud de la imagen de entrada 210. En la primera iteración, la etapa de formación de datos 202A generó el primer conjunto de datos complejos combinando la distribución de valores de magnitud de la imagen de entrada 210 con una distribución de fase aleatoria 230. Sin embargo, en la segunda iteración y posteriores, la etapa de formación de datos 202B comprende la formación de un conjunto de datos complejos combinando (i) la distribución de valores de fase 213A de la iteración anterior del algoritmo con (ii) la distribución de valores de magnitud de la imagen de entrada 210. Figure 2B depicts a second iteration of the algorithm and any subsequent iterations. The phase value distribution 213A from the previous iteration is fed back through the processing blocks of the algorithm. The magnitude value distribution 211A is rejected in favor of the magnitude value distribution of the input image 210. In the first iteration, the data training stage 202A generated the first complex data set by combining the magnitude value distribution of the input image 210 with a random phase distribution 230. However, in the second and subsequent iterations, the data training stage 202B comprises forming a complex data set by combining (i) the phase value distribution 213A from the previous iteration of the algorithm with (ii) the magnitude value distribution of the input image 210.

El conjunto de datos complejo formado en la etapa de formación de datos 202B de la Figura 2B se procesa de la misma manera que en la Figura 2A para formar el holograma de segunda iteración 280B. Por lo tanto, no se repetirá aquí la explicación del proceso. El algoritmo puede detenerse una vez calculado el holograma de segunda iteración 280B. Sin embargo, se pueden realizar cualquier número de iteraciones adicionales del algoritmo. Se tiene que entender que el tercer bloque de procesamiento 256 solo es necesario si se requiere el cuarto bloque de procesamiento 259 o una iteración adicional. El holograma de salida 280B generalmente mejora con cada iteración. Sin embargo, en la práctica, suele llegarse a un punto en el que no se observa una mejora medible o en el que el beneficio de realizar una iteración adicional se ve compensado por el efecto negativo del tiempo de procesamiento adicional. Por lo tanto, el algoritmo se describe como iterativo y convergente. The complex data set formed in the data formation step 202B of Figure 2B is processed in the same manner as in Figure 2A to form the second iteration hologram 280B. Therefore, the explanation of the process will not be repeated here. The algorithm may stop after the second iteration hologram 280B has been calculated. However, any number of additional iterations of the algorithm may be performed. It should be understood that the third processing block 256 is only necessary if the fourth processing block 259 or an additional iteration is required. The output hologram 280B generally improves with each iteration. However, in practice, a point is often reached where no measurable improvement is observed or where the benefit of performing an additional iteration is offset by the negative effect of the additional processing time. Therefore, the algorithm is described as iterative and convergent.

La Figura 2C representa una realización alternativa de la segunda iteración y las subsiguientes. La distribución de valores de fase 213A de la iteración anterior se retroalimenta a través de los bloques de procesamiento del algoritmo. La distribución de valores de magnitud 211A se rechaza en favor de una distribución alternativa de valores de magnitud. En esta realización alternativa, la distribución alternativa de valores de magnitud se deriva de la distribución de valores de magnitud 211 de la iteración anterior. Específicamente, el bloque de procesamiento 258 resta la distribución de valores de magnitud de la imagen de entrada 210 de la distribución de valores de magnitud 211 de la iteración anterior, escala dicha diferencia mediante un factor de ganancia a la imagen de entrada 210 y resta la diferencia escalada de esta. Esto se expresa matemáticamente mediante las siguientes ecuaciones, en donde el texto en subíndice y los números indican el número de iteración: Figure 2C depicts an alternative embodiment of the second and subsequent iterations. The phase value distribution 213A from the previous iteration is fed back through the algorithm's processing blocks. The magnitude value distribution 211A is rejected in favor of an alternative magnitude value distribution. In this alternative embodiment, the alternative magnitude value distribution is derived from the magnitude value distribution 211 from the previous iteration. Specifically, the processing block 258 subtracts the magnitude value distribution of the input image 210 from the magnitude value distribution 211 from the previous iteration, scales the difference by a gain factor to the input image 210, and subtracts the scaled difference from the input image 210. This is expressed mathematically by the following equations, where the subscripted text and numbers indicate the iteration number:

Rn<+1>[x, y] = F' {exp(¡Yn[u, v]} Rn<+1>[x, y] = F' {exp(¡Yn[u, v]}

Yn [u, v] = zF{r| • exp(izRn [x, y]} Yn [u, v] = zF{r| • exp(izRn [x, y]}

n = T[x, y] - a(|Rn [x, y]|- T[x, y]) n = T[x, y] - a(|Rn [x, y]|- T[x, y])

donde: where:

F' es la transformada de Fourier inversa; F' is the inverse Fourier transform;

F es la transformada de Fourier directa; F is the forward Fourier transform;

R[x, y] es el conjunto de datos complejos generado por el tercer bloque de procesamiento 256; R[x, y] is the complex data set generated by the third processing block 256;

T[x, y] es la imagen de entrada o de destino; T[x, y] is the input or destination image;

z es el componente de fase; z is the phase component;

^ es el holograma de solo fase 280B; ^ is the 280B phase-only hologram;

n es la nueva distribución de valores de magnitud 211B; y n is the new distribution of magnitude values 211B; and

a es el factor de ganancia. a is the gain factor.

El factor de ganancia a puede ser fijo o variable. En algunas realizaciones, el factor de ganancia a se determina en función del tamaño y la velocidad de los datos de la imagen de destino entrantes. En algunas realizaciones, el factor de ganancia a depende del número de iteraciones. En algunas realizaciones, el factor de ganancia a es función exclusiva del número de iteraciones. The gain factor α can be fixed or variable. In some embodiments, the gain factor α is determined based on the size and speed of the incoming destination image data. In some embodiments, the gain factor α depends on the number of iterations. In some embodiments, the gain factor α is a sole function of the number of iterations.

La realización de la Figura 2C es idéntica a la de las Figuras 2A y 2B en todos los demás aspectos. Cabe decir que el holograma de solo fase ^(u , v) comprende una distribución de fase en el dominio de frecuencia o de Fourier. The embodiment of Figure 2C is identical to that of Figures 2A and 2B in all other respects. It should be noted that the phase-only hologram ^(u , v) comprises a phase distribution in the frequency or Fourier domain.

En algunas realizaciones, la transformada de Fourier se realiza mediante el modulador de luz espacial. Específicamente, los datos del holograma se combinan con segundos datos que proporcionan potencia óptica. Es decir, los datos escritos en la modulación espacial de luz comprenden datos del holograma que representan el objeto y datos de la lente representativos de una lente. Al visualizarse en un modulador de luz espacial e iluminarse con luz, los datos de la lente emulan una lente física; es decir, enfocan la luz de la misma manera que la óptica física correspondiente. Por lo tanto, los datos de la lente proporcionan potencia óptica o de enfoque. En estas realizaciones, se puede omitir la lente física de la transformada de Fourier 120 de la Figura 1. Se sabe cómo calcular los datos representativos de una lente. Los datos representativos de una lente pueden denominarse "lente de software". Por ejemplo, una lente de solo fase puede formarse calculando el retardo de fase causado por cada punto de la lente debido a su índice de refracción y su longitud de ruta óptica variable espacialmente. Por ejemplo, la longitud de ruta óptica en el centro de una lente convexa es mayor que la longitud de ruta óptica en los bordes de la lente. Una lente de solo amplitud puede formarse mediante una placa de zona de Fresnel. En la holografía generada por ordenador, también se sabe cómo combinar datos representativos de una lente con un holograma para realizar una transformada de Fourier del holograma sin necesidad de una lente de Fourier física. En algunas realizaciones, los datos de lente se combinan con el holograma mediante una simple adición, como la suma vectorial simple. En algunas realizaciones, se utiliza una lente física junto con una lente de software para realizar la transformada de Fourier. Alternativamente, en otras realizaciones, la lente de transformada de Fourier se omite por completo, de modo que la reconstrucción holográfica se realiza en el campo lejano. En otras realizaciones, el holograma puede combinarse de la misma manera con datos de rejilla, es decir, datos dispuestos para realizar la función de una rejilla, como el control de imagen. De nuevo, en el campo se sabe cómo calcular dichos datos. Por ejemplo, una rejilla de solo fase puede formarse modelando el retardo de fase causado por cada punto en la superficie de una rejilla de llamas. Una rejilla de solo amplitud puede superponerse simplemente a un holograma de solo amplitud para proporcionar dirección angular a la reconstrucción holográfica. Los segundos datos que proporcionan el efecto de lente y/o dirección pueden denominarse función de procesamiento de luz o patrón de procesamiento de luz para distinguirlos de los datos del holograma, que pueden denominarse función de formación de imagen o patrón de formación de imagen. In some embodiments, the Fourier transform is performed by the spatial light modulator. Specifically, the hologram data is combined with second data that provides optical power. That is, the data written to the spatial light modulator comprises hologram data representing the object and lens data representative of a lens. When displayed on a spatial light modulator and illuminated with light, the lens data emulates a physical lens; that is, it focuses light in the same manner as corresponding physical optics. Therefore, the lens data provides optical or focusing power. In these embodiments, the physical lens may be omitted from the Fourier transform 120 of Figure 1. It is known how to calculate data representative of a lens. Data representative of a lens may be referred to as a "software lens." For example, a phase-only lens may be formed by calculating the phase delay caused by each point on the lens due to its refractive index and its spatially varying optical path length. For example, the optical path length at the center of a convex lens is greater than the optical path length at the edges of the lens. An amplitude-only lens may be formed by a Fresnel zone plate. In computer-generated holography, it is also known to combine data representative of a lens with a hologram to perform a Fourier transform of the hologram without the need for a physical Fourier lens. In some embodiments, the lens data is combined with the hologram by simple addition, such as simple vector addition. In some embodiments, a physical lens is used in conjunction with a software lens to perform the Fourier transform. Alternatively, in other embodiments, the Fourier transform lens is omitted entirely, so that the holographic reconstruction is performed in the far field. In other embodiments, the hologram may be combined in the same manner with grating data, i.e., data arranged to perform the function of a grating, such as image control. Again, it is known in the field how to calculate such data. For example, a phase-only grating can be formed by modeling the phase delay caused by each point on the surface of a flame grating. An amplitude-only grating can simply be superimposed on an amplitude-only hologram to provide angular direction to the holographic reconstruction. The second data providing the lensing and/or direction may be referred to as a light-processing function or light-processing pattern to distinguish it from the hologram data, which may be referred to as an imaging function or imaging pattern.

En algunas realizaciones, la transformada de Fourier se realiza conjuntamente mediante una lente física de transformada de Fourier y una lente de software. Es decir, una parte de la potencia óptica que contribuye a la transformada de Fourier es proporcionada por una lente de software, y el resto de la potencia óptica que contribuye a la transformada de Fourier es proporcionada por una o más ópticas físicas. In some embodiments, the Fourier transform is performed jointly by a physical Fourier transform lens and a software lens. That is, a portion of the optical power contributing to the Fourier transform is provided by a software lens, and the remainder of the optical power contributing to the Fourier transform is provided by one or more physical optics.

En algunas realizaciones, se proporciona un motor en tiempo real dispuesto para recibir datos de imagen y calcular hologramas en tiempo real mediante el algoritmo. En algunas realizaciones, los datos de imagen son un vídeo que comprende una secuencia de fotogramas. En otras realizaciones, los hologramas se precalculan, se almacenan en la memoria de ordenador y se recuperan según sea necesario para su visualización en un SLM. Es decir, en algunas realizaciones, se proporciona un repositorio de hologramas predeterminados. In some embodiments, a real-time engine is provided, arranged to receive image data and calculate holograms in real time using the algorithm. In some embodiments, the image data is a video comprising a sequence of frames. In other embodiments, the holograms are pre-calculated, stored in computer memory, and retrieved as needed for display in a SLM. That is, in some embodiments, a repository of predetermined holograms is provided.

Las realizaciones se refieren a la holografía de Fourier y a los algoritmos de tipo Gerchberg-Saxton únicamente a modo de ejemplo. La presente divulgación es igualmente aplicable a la holografía de Fresnel y a los hologramas de Fresnel, que pueden calcularse mediante un método similar. La presente divulgación también es aplicable a hologramas calculados mediante otras técnicas, como las basadas en métodos de nube de puntos. Como se observará, las Figuras siguientes en esta memoria se describen como que comprenden un método de nube de puntos para el cálculo de hologramas. Sin embargo, pueden utilizarse otros métodos de cálculo de hologramas, incluido el método de Fourier descrito anteriormente en relación con las Figuras 2A a 2C. Embodiments relate to Fourier holography and Gerchberg-Saxton type algorithms by way of example only. The present disclosure is equally applicable to Fresnel holography and Fresnel holograms, which may be calculated by a similar method. The present disclosure is also applicable to holograms calculated by other techniques, such as those based on point cloud methods. As will be appreciated, the Figures below herein are described as comprising a point cloud method for calculating holograms. However, other methods of calculating holograms may be used, including the Fourier method described above in connection with Figures 2A through 2C.

Modulación de luzLight modulation

Se puede utilizar un modulador de luz espacial para visualizar el patrón difractivo, incluyendo el holograma generado por ordenador. Si el holograma es de fase únicamente, se requiere un modulador de luz espacial que module la fase. Si el holograma es un holograma totalmente complejo, se puede utilizar un modulador de luz espacial que module la fase y la amplitud, o bien, un primer modulador de luz espacial que module la fase y un segundo modulador de luz espacial que module la amplitud. A spatial light modulator can be used to display the diffractive pattern, including the computer-generated hologram. If the hologram is phase-only, a spatial light modulator that modulates the phase is required. If the hologram is a fully complex hologram, a spatial light modulator that modulates both phase and amplitude can be used, or a first spatial light modulator that modulates the phase and a second spatial light modulator that modulates the amplitude can be used.

En algunas realizaciones, los elementos moduladores de luz (es decir, los píxeles) del modulador de luz espacial son celdas que contienen cristal líquido. Es decir, en algunas realizaciones, el modulador de luz espacial es un dispositivo de cristal líquido cuyo componente ópticamente activo es el cristal líquido. Cada celda de cristal líquido se configura para proporcionar selectivamente una pluralidad de niveles de modulación de luz. Es decir, cada celda de cristal líquido se configura para operar en cualquier momento a un nivel de modulación de luz seleccionado entre una pluralidad de niveles posibles. Cada celda de cristal líquido se puede reconfigurar dinámicamente a un nivel de modulación de luz diferente entre la pluralidad de niveles disponibles. En algunas realizaciones, el modulador de luz espacial es un modulador de luz espacial de cristal líquido sobre silicio (LCOS) reflectante, pero la presente divulgación no se limita a este tipo de modulador. In some embodiments, the light modulating elements (i.e., pixels) of the spatial light modulator are cells containing liquid crystal. That is, in some embodiments, the spatial light modulator is a liquid crystal device whose optically active component is the liquid crystal. Each liquid crystal cell is configured to selectively provide a plurality of light modulation levels. That is, each liquid crystal cell is configured to operate at any given time at a light modulation level selected from a plurality of possible levels. Each liquid crystal cell can be dynamically reconfigured to a different light modulation level from the plurality of available levels. In some embodiments, the spatial light modulator is a reflective liquid crystal on silicon (LCOS) spatial light modulator, but the present disclosure is not limited to this type of modulator.

Un dispositivo LCOS proporciona una densa agrupación de elementos moduladores de luz, o píxeles, dentro de una pequeña abertura (por ejemplo, de unos pocos centímetros de ancho). Los píxeles suelen tener un tamaño aproximado de 10 micrómetros o menos, lo que resulta en un ángulo de difracción de unos pocos grados, lo que significa que el sistema óptico puede ser compacto. Es más fácil iluminar adecuadamente la pequeña abertura de un SLM LCOS que la mayor abertura de otros dispositivos de cristal líquido. Un dispositivo LCOS suele ser reflectante, lo que significa que los circuitos que controlan los píxeles de un SLM LCOS pueden estar enterrados bajo la superficie reflectante. Esto resulta en una mayor relación de abertura. En otras palabras, los píxeles están densamente agrupados, lo que significa que hay muy poco espacio muerto entre ellos. Esto es ventajoso porque reduce el ruido óptico en el campo de reproducción. Un SLM LCOS utiliza una placa base de silicio que tiene la ventaja de que los píxeles son ópticamente planos. Esto es particularmente importante para un dispositivo de modulación de fase. An LCOS device provides a dense arrangement of light-modulating elements, or pixels, within a small aperture (e.g., a few centimeters across). The pixels are typically about 10 micrometers or less in size, resulting in a diffraction angle of a few degrees, which means the optical system can be compact. It is easier to adequately illuminate the small aperture of an SLM LCOS than the larger aperture of other liquid crystal devices. An LCOS device is usually reflective, meaning the circuitry controlling the pixels in an SLM LCOS can be buried beneath the reflective surface. This results in a larger aperture ratio. In other words, the pixels are densely packed, meaning there is very little dead space between them. This is advantageous because it reduces optical noise in the playback field. An SLM LCOS uses a silicon base plate, which has the advantage of making the pixels optically flat. This is particularly important for a phase-modulation device.

A continuación, se describe un SLM LCOS adecuado, a modo de ejemplo, con referencia a la Figura 3. Un dispositivo LCOS se forma utilizando un sustrato de silicio monocristalino 302. Cuenta con una agrupación bidimensional de electrodos de aluminio planos y cuadrados 301, separados por un espacio 301a, dispuestos en la superficie superior del sustrato. Cada uno de los electrodos 301 puede ser direccionado mediante el circuito 302a integrado en el sustrato 302. Cada uno de los electrodos forma su respectivo espejo plano. Una capa de alineación 303 se dispone sobre la agrupación de electrodos, y una capa de cristal líquido 304 se dispone sobre la capa de alineación 303. Una segunda capa de alineación 305 se dispone sobre la capa transparente plana 306, por ejemplo, de vidrio. Un único electrodo transparente 307, por ejemplo, de ITO, se dispone entre la capa transparente 306 y la segunda capa de alineación 305. A suitable exemplary SLM LCOS is described below with reference to Figure 3. An LCOS device is formed using a monocrystalline silicon substrate 302. It comprises a two-dimensional array of flat, square aluminum electrodes 301, separated by a gap 301a, disposed on the top surface of the substrate. Each of the electrodes 301 can be addressed by circuit 302a integrated in the substrate 302. Each of the electrodes forms its respective planar mirror. An alignment layer 303 is disposed over the electrode array, and a liquid crystal layer 304 is disposed over the alignment layer 303. A second alignment layer 305 is disposed over a planar transparent layer 306, e.g., glass. A single transparent electrode 307, e.g., ITO, is disposed between the transparent layer 306 and the second alignment layer 305.

Cada uno de los electrodos cuadrados 301 define, junto con la región superpuesta del electrodo transparente 307 y el material de cristal líquido intermedio, un elemento modulador de fase controlable 308, a menudo denominado píxel. El área efectiva del píxel, o factor de relleno, es el porcentaje del píxel total ópticamente activo, considerando el espacio entre los píxeles 301a. Mediante el control de la tensión aplicada a cada electrodo 301 con respecto al electrodo transparente 307, se pueden variar las propiedades del material de cristal líquido del respectivo elemento modulador de fase, proporcionando así un retardo variable a la luz que incide sobre él. El efecto es proporcionar una modulación de fase únicamente al frente de onda, es decir, sin efecto de amplitud. Each of the square electrodes 301 defines, together with the overlapping region of the transparent electrode 307 and the intervening liquid crystal material, a controllable phase modulating element 308, often referred to as a pixel. The effective area of the pixel, or fill factor, is the percentage of the total pixel that is optically active, considering the spacing between the pixels 301a. By controlling the voltage applied to each electrode 301 with respect to the transparent electrode 307, the properties of the liquid crystal material of the respective phase modulating element can be varied, thereby providing a variable delay to the light incident thereon. The effect is to provide phase modulation only to the wavefront, i.e., with no amplitude effect.

El modulador de luz espacial LCOS descrito tiene como salida luz modulada espacialmente por reflexión. Los moduladores de luz espacial LCOS reflectantes tienen la ventaja de que las líneas de señal, las líneas de puerta y los transistores se encuentran por debajo de la superficie reflejada, lo que resulta en altos factores de relleno (normalmente superiores al 90 %) y altas resoluciones. Otra ventaja de usar un modulador de luz espacial LCOS reflectante es que la capa de cristal líquido puede tener la mitad del grosor que se requeriría con un dispositivo transmisivo. Esto mejora considerablemente la velocidad de conmutación del cristal líquido (una ventaja clave para la proyección de imágenes de vídeo en movimiento). Sin embargo, las enseñanzas de la presente divulgación también pueden implementarse utilizando un modulador de luz espacial LCOS transmisivo. The described LCOS spatial light modulator outputs light that is spatially modulated by reflection. Reflective LCOS spatial light modulators have the advantage that the signal lines, gate lines, and transistors are located below the reflected surface, resulting in high fill factors (typically greater than 90%) and high resolutions. Another advantage of using a reflective LCOS spatial light modulator is that the liquid crystal layer can be half the thickness that would be required with a transmissive device. This considerably improves the switching speed of the liquid crystal (a key advantage for the projection of moving video images). However, the teachings of the present disclosure can also be implemented using a transmissive LCOS spatial light modulator.

Proyección de imágenes utilizando un dispositivo de visualización pequeño y una distancia de visión largaProjecting images using a small display device and a long viewing distance

La presente divulgación se refiere a la proyección de imágenes en donde la separación entre el dispositivo de visualización y el observador es mucho mayor que el tamaño del dispositivo de visualización. La distancia de visión (es decir, la distancia entre el observador y el dispositivo de visualización) puede ser al menos un orden de magnitud mayor que el tamaño del dispositivo de visualización. La distancia de visión puede ser al menos dos órdenes de magnitud mayor que el tamaño del dispositivo de visualización. Por ejemplo, el área de píxel del dispositivo de visualización puede ser de 10 mm x 10 mm y la distancia de visión puede ser de 1 m. La imagen proyectada por el sistema se forma en un plano de visualización separado espacialmente del dispositivo de visualización. The present disclosure relates to image projection wherein the separation between the display device and the observer is much greater than the size of the display device. The viewing distance (i.e., the distance between the observer and the display device) may be at least one order of magnitude greater than the size of the display device. The viewing distance may be at least two orders of magnitude greater than the size of the display device. For example, the pixel area of the display device may be 10 mm x 10 mm and the viewing distance may be 1 m. The image projected by the system is formed on a display plane spatially separated from the display device.

Según la presente divulgación, la imagen se forma mediante proyección holográfica. Se muestra un holograma en el dispositivo de visualización. El holograma se ilumina mediante una fuente de luz (no mostrada) y se percibe una imagen en un plano de visualización separado espacialmente del holograma. La imagen puede ser real o virtual. Para la explicación que sigue, resulta útil considerar una imagen virtual formada aguas arriba del dispositivo de visualización. Es decir, que aparece detrás del dispositivo de visualización. Sin embargo, no es esencial que la imagen sea virtual, y la presente divulgación es igualmente aplicable a una imagen real formada entre el dispositivo de visualización y el sistema de visión. According to the present disclosure, the image is formed by holographic projection. A hologram is displayed on the display device. The hologram is illuminated by a light source (not shown), and an image is perceived on a display plane spatially separated from the hologram. The image may be real or virtual. For the following discussion, it is useful to consider a virtual image formed upstream of the display device. That is, one that appears behind the display device. However, it is not essential that the image be virtual, and the present disclosure is equally applicable to a real image formed between the display device and the vision system.

El dispositivo de visualización comprende píxeles que muestran el holograma. La estructura de píxeles del dispositivo de visualización es difractiva. Por lo tanto, el tamaño de la imagen holográfica se rige por las leyes de la difracción. A continuación, se explica una consecuencia de la naturaleza difractiva del dispositivo de visualización, con referencia a la Figura 4. The display device comprises pixels that show the hologram. The pixel structure of the display device is diffractive. Therefore, the size of the holographic image is governed by the laws of diffraction. A consequence of the diffractive nature of the display device is explained below, with reference to Figure 4.

La Figura 4 muestra un dispositivo de visualización pixelado 402 dispuesto para visualizar un holograma que forma una imagen virtual 401 aguas arriba del dispositivo de visualización 402. El ángulo de difracción, q, del dispositivo de visualización determina el tamaño de la imagen virtual 401. La imagen virtual 401, el dispositivo de visualización 402 y el sistema de visión 405 se disponen sobre un eje óptico, Ax. Figure 4 shows a pixelated display device 402 arranged to display a hologram forming a virtual image 401 upstream of the display device 402. The diffraction angle, q, of the display device determines the size of the virtual image 401. The virtual image 401, the display device 402 and the vision system 405 are arranged about an optical axis, Ax.

El sistema de visión 405 tiene una abertura de entrada 404 y un plano de visión 406. El sistema de visión 405 puede ser un ojo humano. Por lo tanto, la abertura de entrada 404 puede ser la pupila y el plano de visión 406 puede ser la retina. The vision system 405 has an entrance opening 404 and a plane of view 406. The vision system 405 may be a human eye. Thus, the entrance opening 404 may be the pupil and the plane of view 406 may be the retina.

La luz que viaja entre el dispositivo de visualización 402 y el sistema de visión 405 se modula con un holograma de la imagen (no la imagen en sí). Sin embargo, la Figura 4 ilustra cómo el holograma divide el contenido de la imagen virtual por ángulo. Cada haz de rayos ilustrado se relaciona con una parte diferente de la imagen virtual 401. Más específicamente, la luz en cada haz de rayos es codificada por el holograma con información sobre una parte de la imagen virtual. La Figura 4 muestra cinco ejemplos de haces de rayos, cada uno caracterizado por un ángulo respectivo con el eje óptico, Ax, y cada uno representa una parte de la imagen virtual. En este ejemplo, uno de los haces de luz pasa a través de la pupila 404 y los otros cuatro haces de luz son bloqueados por la pupila 404. Nuevamente, los cinco haces de rayos diferentes corresponden a cinco partes diferentes de la imagen virtual 401. El contenido completo de la imagen virtual se divide efectivamente por ángulo. El haz de luz que recorre el eje óptico, Ax, transporta la parte central de la información de la imagen, es decir, la información relativa al centro de la imagen. Los demás haces de luz transportan las demás partes de la información. Los dos haces de luz que se muestran en los extremos del cono de luz transportan las partes del borde de la información de la imagen. Una consecuencia de esta división de la información de la imagen por ángulo es que no todo el contenido de la imagen puede pasar por la abertura de entrada 404 del sistema de visión en una posición de visión determinada. En otras palabras, el ojo no recibe todo el contenido de la imagen. En el ejemplo de la Figura 4, solo uno de los cinco haces de luz ilustrados pasa por la pupila 404 en cualquier posición de visión. El lector entenderá que los cinco haces de luz se muestran solo a modo de ejemplo y que el proceso descrito no se limita a la división de la información de la imagen virtual en solo cinco haces de luz. The light traveling between the display device 402 and the vision system 405 is modulated with a hologram of the image (not the image itself). However, Figure 4 illustrates how the hologram divides the virtual image content by angle. Each illustrated ray beam relates to a different portion of the virtual image 401. More specifically, the light in each ray beam is encoded by the hologram with information about a portion of the virtual image. Figure 4 shows five examples of ray beams, each characterized by a respective angle with the optical axis, Ax, and each representing a portion of the virtual image. In this example, one of the light beams passes through the pupil 404, and the other four light beams are blocked by the pupil 404. Again, the five different ray beams correspond to five different portions of the virtual image 401. The entire virtual image content is effectively divided by angle. The light beam traveling along the optical axis, Ax, carries the central portion of the image information, i.e., information relative to the center of the image. The other light beams carry the other portions of the information. The two light beams shown at the ends of the light cone carry the edge portions of the image information. One consequence of this division of image information by angle is that not all of the image content can pass through the input aperture 404 of the vision system at a given viewing position. In other words, the eye does not receive all of the image content. In the example of Figure 4, only one of the five illustrated light beams passes through the pupil 404 at any viewing position. The reader will understand that the five light beams are shown for exemplary purposes only and that the process described is not limited to the division of the virtual image information into just five light beams.

En este ejemplo, el ojo recibe la parte central de la información de la imagen. La pupila del ojo bloquea la parte de borde de la información de imagen. El lector entenderá que, si el observador se mueve hacia arriba o hacia abajo, el ojo puede recibir un haz de luz diferente y, por ejemplo, bloquear la parte central de la información de imagen. Por lo tanto, el observador solo ve una parte de la imagen completa. El resto de la información de la imagen queda bloqueada por la pupila de entrada. La visión del observador se ve muy restringida, ya que, en realidad, está viendo la imagen a través de la pequeña abertura del propio dispositivo de visualización. In this example, the eye receives the central portion of the image information. The pupil of the eye blocks the edge portion of the image information. The reader will understand that if the observer moves up or down, the eye may receive a different beam of light and, for example, block the central portion of the image information. Therefore, the observer only sees part of the entire image. The remaining image information is blocked by the entrance pupil. The observer's vision is greatly restricted, as they are actually viewing the image through the small opening of the display device itself.

En resumen, la luz se propaga en el intervalo de ángulos de difracción desde el dispositivo de visualización. A una distancia de visión de 1 m, solo un pequeño intervalo de ángulos desde el dispositivo de visualización puede propagarse a través de la pupila para formar una imagen en la retina para una posición ocular determinada. Las únicas partes visibles de la imagen virtual son las que se encuentran dentro del pequeño intervalo angular que se muestra en la Figura 4 y que pasa por la abertura de entrada. Por consiguiente, el campo de visión es muy pequeño, y el intervalo angular específico depende en gran medida de la posición ocular. In summary, light propagates in the range of diffraction angles from the display device. At a viewing distance of 1 m, only a small range of angles from the display device can propagate through the pupil to form an image on the retina for a given eye position. The only visible parts of the virtual image are those within the small angular range shown in Figure 4 and passing through the entrance aperture. Consequently, the field of view is very small, and the specific angular range depends strongly on the eye position.

El problema del pequeño campo de visión y la sensibilidad a la posición del ojo, explicado en la Figura 4, se debe a la gran distancia de visión y la pequeña abertura del dispositivo de visualización. La importancia de la distancia de visión se explica con más detalle en las Figuras 5 a 7. The problem of the small field of view and sensitivity to eye position, explained in Figure 4, is due to the large viewing distance and the small aperture of the display device. The importance of viewing distance is explained in more detail in Figures 5 through 7.

La Figura 5A muestra un dispositivo de visualización 502 dispuesto para visualizar un holograma y propagar luz modulada según este a un sistema de visión que comprende una abertura de entrada 504 y un plano de visión 506. La imagen virtual 501 está en el infinito, por lo que los rayos trazados entre la imagen virtual y el dispositivo de visualización están colimados. La parte inferior de la Figura 5A muestra una vista ampliada del sistema de visión. Esta figura es esquemática, por lo que no se muestran los detalles fisiológicos del ojo. En la práctica, existe, por supuesto, una fuente de luz (no mostrada en la Figura 5A) dispuesta para iluminar el dispositivo de visualización 502. Figure 5A shows a display device 502 arranged to display a hologram and propagate modulated light accordingly to a viewing system comprising an input aperture 504 and a viewing plane 506. The virtual image 501 is at infinity, so rays drawn between the virtual image and the display device are collimated. The lower portion of Figure 5A shows an enlarged view of the viewing system. This figure is schematic, so physiological details of the eye are not shown. In practice, there is, of course, a light source (not shown in Figure 5A) arranged to illuminate the display device 502.

La Figura 5A solo muestra los rayos de luz que pueden propagarse a través de la abertura 504; se omiten los demás rayos que no pueden atravesar la abertura 504. Sin embargo, se entiende que, en la práctica, estos otros rayos también se propagarían desde el dispositivo de visualización 502. En la Figura 5A, la distancia entre el dispositivo de visualización y el plano de visión es lo suficientemente pequeña como para que el ángulo de difracción completo del dispositivo de visualización pueda formar la imagen en la retina. Todas las rutas de propagación de luz mostradas desde la imagen virtual pasan a través de la abertura de entrada. Por consiguiente, todos los puntos de la imagen virtual se proyectan sobre la retina y todo el contenido de la imagen se entrega en el plano de visión. El campo de visión de la imagen percibida es, por lo tanto, máximo. En la posición óptima, el campo de visión es igual al ángulo de difracción del dispositivo de visualización. Curiosamente, diferentes puntos de imagen en la retina se forman a partir de la luz que se propaga desde diferentes regiones del dispositivo de visualización 502; por ejemplo, el punto de imagen más cercano a la parte superior de la Figura 5A se forma a partir de la luz que se propaga únicamente desde la parte inferior del dispositivo de visualización. La luz que se propaga desde otras regiones del dispositivo de visualización no contribuye a este punto de imagen. Figure 5A only shows the light rays that can propagate through the aperture 504; other rays that cannot pass through the aperture 504 are omitted. However, it is understood that, in practice, these other rays would also propagate from the display device 502. In Figure 5A, the distance between the display device and the viewing plane is small enough such that the full diffraction angle of the display device can form the image on the retina. All light propagation paths shown from the virtual image pass through the input aperture. Accordingly, all virtual image points are projected onto the retina and the entire image content is delivered into the viewing plane. The field of view of the perceived image is therefore maximum. In the optimal position, the field of view is equal to the diffraction angle of the display device. Interestingly, different image points on the retina are formed from light propagating from different regions of the display device 502; For example, the image point closest to the top in Figure 5A is formed from light propagating only from the bottom of the display device. Light propagating from other regions of the display device does not contribute to this image point.

La Figura 5B muestra la situación que surge a medida que aumenta la distancia de visión. Figure 5B shows the situation that arises as the viewing distance increases.

Con más detalle, la Figura 5B muestra un dispositivo de visualización 502' dispuesto para visualizar un holograma y propagar luz modulada según este a un sistema de visión que comprende una abertura de entrada 504' y un plano de visión 506'. La imagen virtual 501' está en el infinito, por lo que los rayos trazados entre la imagen virtual 501' y el dispositivo de visualización 502' están colimados. La parte inferior de la Figura 5B muestra una vista ampliada del sistema de visión. Esta figura es esquemática, por lo que no se muestran los detalles fisiológicos del ojo. En la práctica, existe, por supuesto, una fuente de luz (no mostrada en la Figura 5B) dispuesta para iluminar el dispositivo de visualización 502'. In more detail, Figure 5B shows a display device 502' arranged to display a hologram and propagate modulated light accordingly to a viewing system comprising an input aperture 504' and a viewing plane 506'. The virtual image 501' is at infinity, so rays drawn between the virtual image 501' and the display device 502' are collimated. The lower portion of Figure 5B shows an enlarged view of the viewing system. This figure is schematic, so physiological details of the eye are not shown. In practice, there is, of course, a light source (not shown in Figure 5B) arranged to illuminate the display device 502'.

La Figura 5B solo muestra los rayos de luz que pueden propagarse a través de la abertura 504'. A la distancia de visión mayor de la Figura 5B, algunos haces de rayos quedan bloqueados por la abertura de entrada 504'. En concreto, los haces de rayos asociados a las partes del borde de la imagen virtual quedan bloqueados por la pupila de entrada 504'. Por consiguiente, la imagen virtual completa no es visible, y la parte visible depende en gran medida de la posición del ojo. Por lo tanto, las grandes distancias entre el dispositivo de visualización y el sistema de visión resultan problemáticas debido al pequeño tamaño del dispositivo de visualización. Figure 5B shows only the light rays that can propagate through the opening 504'. At the larger viewing distance of Figure 5B, some ray bundles are blocked by the entrance opening 504'. Specifically, ray bundles associated with the edge portions of the virtual image are blocked by the entrance pupil 504'. Consequently, the entire virtual image is not visible, and the visible portion is highly dependent on the eye position. Therefore, large distances between the display device and the vision system are problematic due to the small size of the display device.

La Figura 6A muestra un sistema mejorado que comprende un dispositivo de visualización 602, que propaga luz codificada con un holograma mostrado en el dispositivo 602 hacia un sistema de visión que comprende una abertura de entrada 604 y un plano de visión 606. En la práctica, existe, por supuesto, una fuente de luz (no mostrada) dispuesta para iluminar el dispositivo de visualización 602. El sistema mejorado comprende además una guía de ondas 608 posicionada entre el dispositivo de visualización 602 y la abertura de entrada 604. La parte inferior de la Figura 6A muestra una vista ampliada de la pupila de entrada 604 y el plano de visión 606. Esta figura es esquemática, por lo que no se muestran los detalles fisiológicos del ojo. Figure 6A shows an improved system comprising a display device 602, which propagates light encoded with a hologram displayed on the device 602 towards a vision system comprising an entrance aperture 604 and a vision plane 606. In practice, there is, of course, a light source (not shown) arranged to illuminate the display device 602. The improved system further comprises a waveguide 608 positioned between the display device 602 and the entrance aperture 604. The lower part of Figure 6A shows an enlarged view of the entrance pupil 604 and the vision plane 606. This figure is schematic, so the physiological details of the eye are not shown.

La distancia de visión de la Figura 6A es la misma que la de la Figura 5B. Sin embargo, la guía de ondas 608 recupera eficazmente los haces de rayos bloqueados en la Figura 5B, de modo que el sistema de visión recibe toda la información de la imagen, a pesar de la mayor distancia de visión. The viewing distance in Figure 6A is the same as that in Figure 5B. However, the waveguide 608 efficiently recovers the blocked beams in Figure 5B, so that the vision system receives all of the image information, despite the longer viewing distance.

La presencia de la guía de ondas 608 permite que el ojo visual capte todo el contenido angular del dispositivo de visualización 602, incluso a esta distancia de proyección relativamente grande. Esto se debe a que la guía de ondas 608 actúa como expansor de pupila, de una manera bien conocida, por lo que se describe brevemente en esta memoria. The presence of the waveguide 608 allows the viewing eye to capture the entire angular content of the display device 602, even at this relatively large projection distance. This is because the waveguide 608 acts as a pupil expander, in a well-known manner, as briefly described herein.

En resumen, la guía de ondas 608 comprende una estructura sustancialmente alargada. En este ejemplo, comprende una placa óptica de material refractivo, pero también se conocen otros tipos de guías de ondas que pueden utilizarse. La guía de ondas 608 se ubica de forma que interseca el cono de luz proyectado desde el dispositivo de visualización 602, por ejemplo, en un ángulo obligado. El tamaño, la ubicación y la posición de la guía de ondas 608 se configuran para garantizar que la luz de cada uno de los cinco haces de rayos, dentro del cono de luz, entre en la guía de ondas 608. La luz del cono de luz entra en la guía de ondas 608 a través de su primera superficie plana 610 (ubicada más cerca del dispositivo de visualización 602) y se guía, al menos parcialmente, a lo largo de la guía de ondas 608, antes de emitirse a través de su segunda superficie plana 612, sustancialmente opuesta a la primera superficie 610 (ubicada más cerca del ojo). Como se entenderá bien, la segunda superficie plana 612 es parcialmente reflectante y parcialmente transmisiva. En otras palabras, cuando cada rayo de luz viaja, dentro de la guía de ondas 608, desde la primera superficie plana 610 hasta la segunda superficie plana 612 de la guía de ondas 608, parte de la luz se transmite fuera de la guía de ondas 608 y parte se refleja en la segunda superficie plana 612, de vuelta a la primera superficie plana 610. La primera superficie plana 610 es reflectante, de modo que toda la luz que incide en ella, desde el interior de la guía de ondas 608, se refleja de vuelta hacia la segunda superficie plana 612. Por lo tanto, parte de la luz puede simplemente refractarse entre las dos superficies planas 610, 612 de la guía de ondas 608 antes de transmitirse, mientras que otra parte puede reflejarse y, por lo tanto, experimentar una o más reflexiones (o rebotes) entre las superficies planas 610, 612 de la guía de ondas 608, antes de transmitirse. Un efecto neto de la guía de ondas 608 es que la transmisión de la luz se expande eficazmente a través de múltiples ubicaciones en la segunda superficie plana 612 de la guía de ondas 608. In summary, the waveguide 608 comprises a substantially elongated structure. In this example, it comprises an optical plate of refractive material, but other types of waveguides are also known and may be used. The waveguide 608 is positioned such that it intersects the cone of light projected from the display device 602, for example, at a forced angle. The size, location, and position of the waveguide 608 are configured to ensure that light from each of the five ray bundles within the light cone enters the waveguide 608. Light from the light cone enters the waveguide 608 through its first planar surface 610 (located closest to the display device 602) and is guided, at least partially, along the waveguide 608, before being emitted through its second planar surface 612, substantially opposite the first surface 610 (located closest to the eye). As will be well understood, the second flat surface 612 is partially reflective and partially transmissive. In other words, as each light ray travels, within the waveguide 608, from the first planar surface 610 to the second planar surface 612 of the waveguide 608, some of the light is transmitted out of the waveguide 608 and some is reflected off the second planar surface 612, back to the first planar surface 610. The first planar surface 610 is reflective, such that all light striking it from within the waveguide 608 is reflected back toward the second planar surface 612. Thus, some of the light may simply be refracted between the two planar surfaces 610, 612 of the waveguide 608 before being transmitted, while some of the light may be reflected and therefore experience one or more reflections (or bounces) between the planar surfaces 610, 612 of the waveguide 608, before being transmitted. A net effect of the waveguide 608 is that light transmission is effectively spread across multiple locations on the second planar surface 612 of the waveguide 608.

De esta manera, todo el contenido angular de salida del dispositivo de visualización 602 puede estar presente en un mayor número de posiciones en el plano de visualización (y en un mayor número de posiciones en el plano de abertura) que en ausencia de la guía de ondas 608. Esto significa que la luz de cada haz de rayos puede entrar por la abertura de entrada 604 y contribuir a la imagen formada por el plano de visión 606, a pesar de la distancia de proyección relativamente grande. En otras palabras, todo el contenido angular del dispositivo de visualización 602 puede ser captado por el ojo. Por lo tanto, se utiliza todo el ángulo de difracción del dispositivo de visualización 602 y se maximiza la ventana de visión para el usuario. A su vez, esto significa que todos los rayos de luz contribuyen a la imagen virtual percibida 601. In this way, the entire angular output content of the display device 602 can be present at a greater number of positions in the viewing plane (and at a greater number of positions in the aperture plane) than in the absence of the waveguide 608. This means that light from each ray bundle can enter the input aperture 604 and contribute to the image formed by the viewing plane 606, despite the relatively large projection distance. In other words, the entire angular content of the display device 602 can be captured by the eye. Therefore, the entire diffraction angle of the display device 602 is utilized, and the viewing window for the user is maximized. In turn, this means that all light rays contribute to the perceived virtual image 601.

La Figura 6B muestra las rutas ópticas individuales de cada uno de los cinco haces de rayos que contribuyen a cinco puntos de imagen respectivos dentro de la imagen virtual 601 formada en la Figura 6A, etiquetados de arriba abajo como R1 a R5, respectivamente. Como se puede observar en ella, la luz de R1 y R2 se refracta y luego se transmite por la guía de ondas 608. La luz de R4, por otro lado, experimenta un único rebote antes de transmitirse. La luz de R3 comprende parte de la luz de una primera parte correspondiente del dispositivo de visualización 602, que se refracta simplemente por la guía de ondas 608 antes de transmitirse, y parte de la luz de una segunda parte correspondiente, diferente, del dispositivo de visualización 602, que experimenta un único rebote antes de transmitirse. De forma similar, la luz de R5 comprende parte de la luz de una primera parte correspondiente del dispositivo de visualización 602, que experimenta un único rebote antes de transmitirse, y parte de la luz de una segunda parte correspondiente, diferente, del dispositivo de visualización 602, que experimenta dos rebotes antes de transmitirse. Para cada uno de R3 y R5, dos partes diferentes del LCOS propagan luz correspondiente a esa parte de la imagen virtual. Figure 6B shows the individual optical paths of each of the five ray bundles contributing to five respective image points within the virtual image 601 formed in Figure 6A, labeled from top to bottom as R1 to R5, respectively. As can be seen therein, light from R1 and R2 is refracted and then transmitted by the waveguide 608. Light from R4, on the other hand, undergoes a single bounce before being transmitted. Light from R3 comprises part of the light from a corresponding first part of the display device 602, which is simply refracted by the waveguide 608 before being transmitted, and part of the light from a corresponding second, different part of the display device 602, which undergoes a single bounce before being transmitted. Similarly, the light from R5 comprises part of the light from a corresponding first portion of the display device 602, which experiences a single bounce before being transmitted, and part of the light from a corresponding second, different portion of the display device 602, which experiences two bounces before being transmitted. For each of R3 and R5, two different portions of the LCOS propagate light corresponding to that portion of the virtual image.

Los inventores han reconocido que la luz procedente de diferentes partes de la imagen virtual 601 (es decir, diferentes puntos de la imagen virtual) sigue diferentes rutas ópticas a través del sistema. En una realización ilustrada en las Figuras 7A y 7B, los inventores configuraron el sistema de tal manera que, en términos simples, (i) la imagen virtual comprende una pluralidad de componentes o áreas discretas de la imagen virtual y (ii) la luz de cada componente de la imagen virtual se asocia con un número diferente de rebotes/reflexiones dentro de la guía de ondas 708. The inventors have recognized that light from different portions of the virtual image 601 (i.e., different points in the virtual image) follows different optical paths through the system. In one embodiment illustrated in Figures 7A and 7B, the inventors have configured the system such that, in simple terms, (i) the virtual image comprises a plurality of discrete virtual image components or areas, and (ii) light from each virtual image component is associated with a different number of bounces/reflections within the waveguide 708.

La Figura 7A muestra una imagen 752 para proyección que comprende ocho áreas/componentes de imagen, V1 a V8. La Figura 7A muestra ocho componentes de imagen solo a modo de ejemplo, y la imagen 752 puede dividirse en cualquier número de componentes. La Figura 7A también muestra el patrón de luz codificado 754 que puede reconstruir la imagen 752, por ejemplo, al ser transformado por la lente de un sistema de visión adecuado. El patrón de luz codificado 754 comprende los subhologramas o componentes del primero al octavo, H1 a H8, correspondientes a los componentes/áreas de imagen del primero al octavo, V1 a V8. La Figura 7A muestra además cómo un holograma calculado según esta divulgación descompone eficazmente el contenido de la imagen por ángulo. Por lo tanto, el holograma puede caracterizarse por la canalización de la luz que realiza. Esto se ilustra en la Figura 7B. Específicamente, el holograma según esta divulgación dirige la luz a una pluralidad de áreas discretas. En el ejemplo mostrado, las áreas discretas son discos, pero se conciben otras formas. T ras su propagación a través de la guía de ondas, el tamaño y la forma del disco óptimo pueden relacionarse con el tamaño y la forma de la pupila de entrada del sistema de visión. Esta canalización de la luz solo se produce gracias al método específico de determinación del holograma divulgado en esta memoria. Figure 7A shows an image 752 for projection comprising eight image areas/components, V1 through V8. Figure 7A shows eight image components by way of example only, and the image 752 may be divided into any number of components. Figure 7A also shows the encoded light pattern 754 that may reconstruct the image 752, for example, by being transformed by the lens of a suitable vision system. The encoded light pattern 754 comprises the first through eighth subholograms or components, H1 through H8, corresponding to the first through eighth image components/areas, V1 through V8. Figure 7A further shows how a hologram calculated in accordance with this disclosure effectively decomposes image content by angle. Thus, the hologram may be characterized by its light channeling. This is illustrated in Figure 7B. Specifically, the hologram in accordance with this disclosure directs light to a plurality of discrete areas. In the example shown, the discrete areas are discs, but other shapes are conceivable. After propagation through the waveguide, the size and shape of the optimal disc can be related to the size and shape of the entrance pupil of the vision system. This light channeling only occurs thanks to the specific hologram determination method disclosed herein.

La Figura 7C muestra un sistema de visión mejorado 700, de acuerdo con los reconocimientos ilustrados en las Figuras 7A y 15B. El documento GB2108456.1 describe métodos para derivar una estructura de datos (como se muestra en las Figuras 13 y 14), que puede aplicarse al esquema ilustrado en las Figuras 7A y 7B. Figure 7C shows an improved vision system 700, in accordance with the embodiments illustrated in Figures 7A and 15B. GB2108456.1 describes methods for deriving a data structure (as shown in Figures 13 and 14), which may be applied to the schematic illustrated in Figures 7A and 7B.

El sistema de visión 700 comprende un dispositivo de visualización, que en esta disposición incluye un LCOS 702. El LCOS 702 se dispone para visualizar un patrón de modulación (o "patrón difractivo'') que comprende el holograma y para proyectar luz codificada holográficamente hacia un ojo 705 que comprende una pupila que actúa como abertura 704, una lente 709 y una retina (no mostrada) que actúa como plano de visión. Hay una fuente de luz (no mostrada) dispuesta para iluminar el LCOS 702. La lente 709 del ojo 705 realiza una transformación de holograma a imagen. The vision system 700 comprises a display device, which in this arrangement includes an LCOS 702. The LCOS 702 is arranged to display a modulation pattern (or "diffractive pattern") comprising the hologram and to project holographically encoded light towards an eye 705 comprising a pupil acting as an aperture 704, a lens 709 and a retina (not shown) acting as the plane of view. A light source (not shown) is arranged to illuminate the LCOS 702. The lens 709 of the eye 705 performs a hologram-to-image transformation.

El sistema de visión 700 comprende además una guía de ondas 708 posicionada entre el LCOS 702 y el ojo 705. La distancia de proyección en la Figura 7C puede ser relativamente grande. Sin embargo, como se ha descrito en relación con las Figuras anteriores, la presencia de la guía de ondas 708 permite que el ojo 705 reciba todo el contenido angular del LCOS 702, incluso a esta distancia de proyección relativamente grande. Esto se debe a que la guía de ondas 708 actúa como expansor de pupila, de la manera que se ha descrito anteriormente. The vision system 700 further comprises a waveguide 708 positioned between the LCOS 702 and the eye 705. The projection distance in Figure 7C may be relatively large. However, as described in connection with the previous Figures, the presence of the waveguide 708 allows the eye 705 to receive the full angular content of the LCOS 702, even at this relatively large projection distance. This is because the waveguide 708 acts as a pupil expander, in the manner described above.

Además, en esta disposición, una vez codificado el LCOS 702 según los métodos descritos, la guía de ondas 708 puede orientarse en ángulo con respecto al LCOS 702 para establecer una relación única entre la luz del LCOS 702 y la imagen virtual que percibirá el observador. El tamaño, la ubicación y la posición de la guía de ondas 708 se configuran para garantizar que la luz de cada parte de la imagen virtual entre en la guía de ondas 708 y se guíe a lo largo de su eje alargado, rebotando entre sus superficies sustancialmente planas de la guía de ondas 708. Cada vez que la luz alcanza la segunda superficie plana (la más cercana al ojo 705), parte de la luz se transmite y parte se refleja. Furthermore, in this arrangement, once the LCOS 702 has been encoded according to the methods described, the waveguide 708 may be angled relative to the LCOS 702 to establish a unique relationship between the light from the LCOS 702 and the virtual image that will be perceived by the observer. The size, location, and position of the waveguide 708 are configured to ensure that light from each portion of the virtual image enters the waveguide 708 and is guided along its elongated axis, bouncing between its substantially planar surfaces of the waveguide 708. Each time the light reaches the second planar surface (the one closest to the eye 705), some of the light is transmitted and some is reflected.

La Figura 7C muestra un total de nueve puntos de rebote, B0 a B8, a lo largo de la guía de ondas 702. El lector observará que el centro de la imagen 752 se mantiene en blanco. La Figura 7C muestra los puntos de rebote o reflexión de luz, B0 a B8, del cero al noveno, dentro de la guía de ondas. Se tiene que entender que los puntos de reflexión, B0 a B8, también son puntos de transmisión. Aunque la luz relativa a todos los puntos de la imagen (V1-V8) se transmite fuera de la guía de ondas en cada rebote desde la segunda superficie plana de la guía de ondas 708, solo la luz de una parte angular de la imagen (por ejemplo, la luz de V1 a V8) tiene una trayectoria que le permite llegar al ojo 705 desde cada punto de rebote, B0 a B8. Además, la luz de una parte angular diferente de la imagen, V1 a V8, llega al ojo 705 desde cada punto de rebote. La Figura 7C muestra la luz de todos los diferentes contenidos angulares emitida en cada punto de rebote (representado por una pluralidad de flechas cortas en cada punto de transmisión), pero solo muestra la ruta óptica, hacia el ojo 705, del contenido angular respectivo que realmente llegará al ojo 705 —y, por lo tanto, contribuirá a la parte correspondiente de la imagen virtual que percibirá el observador— desde esa parte de la guía de ondas. Por ejemplo, para el rebote cero, B0, la luz transmitida por la guía de ondas 708 simplemente se refracta y no sufre ninguna reflexión. La luz del octavo subholograma, H8, llega al ojo desde el rebote cero, B0. Para el siguiente rebote, B1, la luz transmitida por la guía de ondas 702 sufre un rebote antes de la transmisión. La luz del séptimo holograma, H7, llega al ojo desde el siguiente rebote, B1. Esto continúa en secuencia hasta que la luz que se transmite por la guía de ondas 708 en el rebote final, B8, ha sufrido ocho rebotes, antes de ser transmitida y llegar al ojo 705, y comprende luz codificada de acuerdo con el primer holograma, Hl. Figure 7C shows a total of nine bounce points, B0 through B8, along the waveguide 702. The reader will note that the center of the image 752 is kept white. Figure 7C shows the light reflection or bounce points, B0 through B8, zero through nine, within the waveguide. It is to be understood that the reflection points, B0 through B8, are also transmission points. Although light relative to all image points (V1-V8) is transmitted out of the waveguide at each bounce from the second planar surface of the waveguide 708, only light from one angular portion of the image (e.g., light from V1 through V8) has a path that allows it to reach the eye 705 from each bounce point, B0 through B8. Furthermore, light from a different angular portion of the image, V1 through V8, reaches the eye 705 from each bounce point. Figure 7C shows the light of all the different angular contents emitted at each bounce point (represented by a plurality of short arrows at each transmission point), but only shows the optical path, toward the eye 705, of the respective angular content that will actually reach the eye 705—and thus contribute to the corresponding part of the virtual image that the observer will perceive—from that part of the waveguide. For example, for bounce zero, B0, the light transmitted by the waveguide 708 is simply refracted and does not undergo any reflection. The light from the eighth subhologram, H8, reaches the eye from bounce zero, B0. For the next bounce, B1, the light transmitted by the waveguide 702 undergoes one bounce before transmission. The light from the seventh hologram, H7, reaches the eye from the next bounce, B1. This continues in sequence until the light transmitted by the waveguide 708 at the final bounce, B8, has bounced eight times before being transmitted and reaching the eye 705, and comprises light encoded according to the first hologram, H1.

En el ejemplo mostrado en las Figuras 7A-C, la luz de una sola área de la imagen llega al ojo desde cada punto de rebote. Por lo tanto, se establece una correlación espacial entre las áreas de la imagen virtual y su punto de rebote asociado en la guía de ondas, al determinar el holograma como se describe en esta memoria. En otros ejemplos, puede haber solapamientos relativamente pequeños, de modo que una región de la imagen proviene de dos puntos de transmisión adyacentes y, por lo tanto, está comprendida dentro de dos discos de luz adyacentes que se propagan desde la guía de ondas hacia el plano de visión. In the example shown in Figures 7A-C, light from a single image area reaches the eye from each bounce point. Therefore, a spatial correlation is established between the virtual image areas and their associated bounce point on the waveguide when determining the hologram as described herein. In other examples, there may be relatively small overlaps, such that a region of the image originates from two adjacent transmission points and is therefore encompassed within two adjacent light discs propagating from the waveguide toward the viewing plane.

Por lo tanto, los reconocimientos hechos por los inventores, y los métodos y disposiciones descritos en esta memoria y en la patente GB2108456.1 en tramitación con la presente, pueden permitir que se genere un patrón difractivo (o "patrón de modulación de luz") que comprende un holograma que, cuando se muestra en un LCOS u otro dispositivo de visualización adecuado, puede permitir que la luz se emita desde el mismo de manera efectiva en una pluralidad de "discos", o haces de rayos de luz, cada uno de los cuales corresponde a (más específicamente, codifica) una parte respectiva diferente de la imagen virtual correspondiente. Thus, the recognitions made by the inventors, and the methods and arrangements described herein and in the co-pending GB2108456.1 patent, may enable a diffractive pattern (or "light modulation pattern") to be generated comprising a hologram which, when displayed on an LCOS or other suitable display device, may enable light to be emitted therefrom effectively in a plurality of "discs", or bundles of light rays, each of which corresponds to (more specifically, encodes) a different respective portion of the corresponding virtual image.

Por lo tanto, se describen en esta memoria métodos y disposiciones mejorados que permiten calcular hologramas y visualizarlos en un dispositivo de visualización adecuado, de manera que el observador pueda ver las imágenes cuando el dispositivo de visualización se ilumina con una fuente de luz adecuada. Mediante los métodos descritos en el documento GB2108456.1, las imágenes que el observador ve pueden estar libres de imágenes fantasma y ser más brillantes gracias a la contribución de la luz, que convencionalmente habría contribuido a una imagen fantasma, en lugar de contribuir a la imagen principal. Therefore, improved methods and arrangements are described herein that enable holograms to be calculated and displayed on a suitable display device, such that the observer can see the images when the display device is illuminated with a suitable light source. By using the methods described in GB2108456.1, the images seen by the observer can be free of ghost images and brightened by the contribution of light, which would conventionally have contributed to a ghost image, rather than contributing to the main image.

Los métodos y disposiciones mejorados descritos en esta memoria pueden implementarse en diferentes aplicaciones y sistemas de visualización. Por ejemplo, pueden implementarse en una pantalla de visualización frontal (HUD). En una mejora con respecto a muchos HUD convencionales, en los que se forman imágenes virtuales, los métodos y disposiciones mejorados descritos en esta memoria permiten crear imágenes virtuales a distancias finitas, que pueden seleccionarse y ajustarse mediante un controlador adecuado, eliminando al mismo tiempo las imágenes fantasma. The improved methods and arrangements described herein can be implemented in various display applications and systems. For example, they can be implemented in a head-up display (HUD). In an improvement over many conventional HUDs, in which virtual images are formed, the improved methods and arrangements described herein allow virtual images to be created at finite distances, which can be selected and adjusted by a suitable controller, while eliminating ghost images.

Aunque en esta memoria se han analizado imágenes virtuales, que requieren que el ojo transforme la luz modulada recibida para formar una imagen percibida, los métodos y disposiciones mejorados en esta memoria descritos se pueden aplicar a imágenes reales. Although virtual images, which require the eye to transform the received modulated light to form a perceived image, have been discussed herein, the improved methods and arrangements described herein can be applied to real images.

Abertura de guía de ondasWaveguide aperture

Aunque las Figuras anteriores han mostrado un solo ojo o una sola "agujero" o "pupila de entrada", todas las disposiciones y métodos descritos en esta memoria son aplicables a un sistema de visión con múltiples pupilas de entrada, por ejemplo, y más comúnmente, a un sistema de visión binocular tal como un observador humano que tiene dos ojos. Although the previous Figures have shown a single eye or a single "hole" or "entrance pupil", all of the arrangements and methods described herein are applicable to a vision system with multiple entrance pupils, for example, and more commonly, to a binocular vision system such as a human observer having two eyes.

Los inventores han reconocido que, cuando se calcula un holograma de una imagen de destino como se ha descrito anteriormente, lo cual incluye restringir el holograma de acuerdo con una pupila de entrada del sistema de visión, se deben considerar los posibles efectos cuando el sistema de visión tiene múltiples pupilas de entrada, por ejemplo, cuando el observador ve la imagen holográficamente reconstruida con ambos ojos. En algunas realizaciones, el holograma puede restringirse de acuerdo con una pupila de entrada de las múltiples pupilas de entrada, pero parte o la totalidad de la imagen también puede ser visible para una o más pupilas de entrada adicionales, de las múltiples pupilas de entrada. En algunas realizaciones, el holograma puede restringirse de acuerdo con dos o más pupilas de entrada, de las múltiples pupilas de entrada. Por ejemplo, dos subhologramas, cada uno de los cuales está restringido de acuerdo con una pupila de entrada respectiva diferente, pueden calcularse y combinarse (por ejemplo, sumarse) en un solo holograma para su visualización en un dispositivo de visualización. Por ejemplo, un holograma de ojo izquierdo y un holograma de ojo derecho pueden calcularse a partir de una imagen de ojo izquierdo y una imagen ojo derecho, respectivas, en donde el holograma de ojo izquierdo se restringe durante el cálculo según la pupila de entrada del ojo izquierdo del observador, y el holograma de ojo derecho se restringe durante el cálculo según la pupila de entrada del ojo derecho del observador. En algunas realizaciones, se pueden entrelazar entre sí dos o más hologramas, cada uno restringido según una pupila de entrada diferente de las múltiples pupilas de entrada. En otras palabras, los dos hologramas pueden visualizarse alternativamente, en rápida sucesión, de modo que el observador perciba las dos imágenes correspondientes como formadas prácticamente de forma simultánea. The inventors have recognized that, when calculating a hologram of a target image as described above, which includes constraining the hologram according to an entrance pupil of the viewing system, possible effects must be considered when the viewing system has multiple entrance pupils, for example, when the observer views the holographically reconstructed image with both eyes. In some embodiments, the hologram may be constrained according to one of the multiple entrance pupils, but part or all of the image may also be visible to one or more additional of the multiple entrance pupils. In some embodiments, the hologram may be constrained according to two or more of the multiple entrance pupils. For example, two sub-holograms, each of which is constrained according to a different respective entrance pupil, may be calculated and combined (e.g., summed) into a single hologram for display on a display device. For example, a left-eye hologram and a right-eye hologram may be calculated from a respective left-eye image and a right-eye image, wherein the left-eye hologram is constrained during the calculation according to the entrance pupil of the observer's left eye, and the right-eye hologram is constrained during the calculation according to the entrance pupil of the observer's right eye. In some embodiments, two or more holograms, each constrained according to a different one of the multiple entrance pupils, may be interlaced together. In other words, the two holograms may be displayed alternately, in rapid succession, such that the observer perceives the two corresponding images as having formed substantially simultaneously.

Los inventores han reconocido que se puede aplicar una guía o control adicional a la luz que se propaga desde el holograma visualizado hacia un sistema de visión, a fin de hacerla más adecuada para su recepción por parte de múltiples pupilas de entrada a ese sistema de visión. The inventors have recognized that additional guidance or control can be applied to the light propagating from the displayed hologram to a viewing system to make it more suitable for reception by multiple entrance pupils to that viewing system.

Como se ha descrito en detalle anteriormente, cuando se calcula un holograma según los métodos descritos y se visualiza y propaga con un sistema como el que se muestra en la Figura 7C, en cada punto de transmisión (o "punto de rebote", como de B0 a B8, como se muestra en la Figura 7C), la luz correspondiente a todos los puntos de la imagen (V1-V8) se transmite fuera de la guía de ondas. La región central de la imagen 752 en la Figura 7A está vacía, por lo que el canal holográfico asociado a la región central de la imagen no se muestra ni se etiqueta en la Figura 7B. Por consiguiente, en la Figura 7C, la ruta óptica asociada al punto de transmisión B4 puede no entregar ningún contenido de imagen al sistema de visión. Sin embargo, en un sistema de visión de pupila de entrada única, solo la luz de una parte angular de la imagen (por ejemplo, la luz de cada uno de los puntos V1 a V8) tiene una trayectoria que le permite llegar al ojo 705, desde cada punto de rebote, de B0 a B8. Además, la luz de una parte angular diferente de la imagen, V1 a V8, llega al ojo 705 desde cada punto de rebote. Por lo tanto, en la Figura 7C, se muestra una única pupila de entrada 704 que recibe todo el contenido angular de una imagen, pero cada zona angular de la imagen proviene de un punto de rebote diferente en la guía de ondas 708. Sin embargo, los presentes inventores han reconocido que, si un sistema de visión tiene dos o más pupilas de entrada, existe el riesgo de que la luz de la misma zona angular de la imagen llegue a ambas pupilas simultáneamente, ya que todas las zonas angulares de la imagen se emiten en cada punto de rebote de la guía de ondas. Por ejemplo, cuando el sistema de visión es un humano y las pupilas de entrada múltiples comprenden ambos ojos, el ojo derecho puede recibir luz que comprende contenido angular particular Vx a través de una ruta de luz que se emite desde la guía de ondas después de un primer número de rebotes By, y el ojo izquierdo puede recibir el mismo contenido angular Vx simultáneamente (o, sustancialmente simultáneamente, dada la velocidad de la luz) a través de una ruta de luz que se emite desde la guía de ondas después de un segundo número diferente de rebotes B. Esto puede llevar a confusión ya que el cerebro humano, y, de hecho, un procesador asociado con cualquier sistema de visión no humano, no espera recibir la misma parte de una imagen (es decir, el mismo contenido de imagen), en el mismo ángulo, simultáneamente en dos pupilas de entrada que están separadas espacialmente entre sí. En cambio, el cerebro (u otro procesador) esperaría que la luz de un solo punto, o una sola parte de una imagen, fuera recibida por las dos (o más) pupilas de entrada en diferentes ángulos respectivos. As described in detail above, when a hologram is calculated according to the methods described and viewed and propagated by a system such as that shown in Figure 7C, at each transmission point (or "bounce point", such as B0 to B8 as shown in Figure 7C), light corresponding to all image points (V1-V8) is transmitted out of the waveguide. The central image region 752 in Figure 7A is empty, so the holographic channel associated with the central image region is not shown or labeled in Figure 7B. Accordingly, in Figure 7C, the optical path associated with transmission point B4 may not deliver any image content to the viewing system. However, in a single entrance pupil vision system, only light from one angular portion of the image (e.g., light from each of the points V1 through V8) has a path that allows it to reach the eye 705, from each bounce point, B0 through B8. Furthermore, light from a different angular portion of the image, V1 through V8, reaches the eye 705 from each bounce point. Thus, in Figure 7C, a single entrance pupil 704 is shown receiving the entire angular content of an image, but each angular region of the image originates from a different bounce point in the waveguide 708. However, the present inventors have recognized that if a vision system has two or more entrance pupils, there is a risk that light from the same angular region of the image will reach both pupils simultaneously, since all angular regions of the image are emitted at each bounce point in the waveguide. For example, where the vision system is a human and multiple entrance pupils comprise both eyes, the right eye may receive light comprising particular angular content Vx via a light path that is emitted from the waveguide after a first number of bounces By, and the left eye may receive the same angular content Vx simultaneously (or, substantially simultaneously, given the speed of light) via a light path that is emitted from the waveguide after a second, different number of bounces B. This can lead to confusion since the human brain, and, indeed, a processor associated with any non-human vision system, does not expect to receive the same portion of an image (i.e., the same image content), at the same angle, simultaneously in two entrance pupils that are spatially separated from one another. Instead, the brain (or other processor) would expect light from a single point, or a single portion of an image, to be received by the two (or more) entrance pupils at different respective angles.

La Figura 8 ilustra el problema descrito anteriormente, abordado por los presentes inventores. La Figura 8 muestra un dispositivo de visualización 802 que visualiza un holograma calculado según los métodos descritos en el documento GB2108456.1. Figure 8 illustrates the problem described above, addressed by the present inventors. Figure 8 shows a display device 802 displaying a hologram calculated according to the methods described in GB2108456.1.

El dispositivo de visualización 802 está iluminado por una fuente de luz (no mostrada). La luz es modulada espacialmente por el holograma visualizado y se propaga hacia una guía de ondas 804. Como se ha descrito en detalle en relación con las figuras anteriores, la luz se refracta dentro de la guía de ondas 804. Tras la refracción, parte de la luz se emite hacia el observador en un primer punto de transmisión (o "punto de rebote") y otras partes de la luz se reflejan (o "rebotan") internamente dentro de la guía de ondas 804 antes de la transmisión, emitiéndose cada una de ellas hacia el observador en diferentes puntos de transmisión (o "puntos de rebote") a lo largo de la guía de ondas 804. The display device 802 is illuminated by a light source (not shown). The light is spatially modulated by the displayed hologram and propagates toward a waveguide 804. As described in detail in connection with the preceding figures, the light is refracted within the waveguide 804. Upon refraction, some of the light is emitted toward the observer at a first transmission point (or "bounce point"), and other portions of the light are reflected (or "bounced") internally within the waveguide 804 prior to transmission, each being emitted toward the observer at different transmission points (or "bounce points") along the waveguide 804.

La Figura 8 solo muestra las rutas ópticas 810 para la luz de una parte (Vx) de la imagen representada por el holograma visualizados. En la práctica, las luces de las demás partes de la imagen también se transmitirían desde la guía de ondas hacia el observador, pero se han omitido de la Figura 8 para facilitar su entendimiento. Cabe destacar que las luces de las demás partes angulares de la imagen seguirían rutas ópticas diferentes entre los puntos de rebote de la guía de ondas 804 y el observador, y que la luz de cada parte angular de la imagen se emitiría en cada punto de rebote de la guía de ondas hacia el observador. Figure 8 only shows the optical paths 810 for light from one portion (Vx) of the image represented by the displayed hologram. In practice, light from other portions of the image would also be transmitted from the waveguide toward the observer, but has been omitted from Figure 8 for ease of understanding. It should be noted that light from other angular portions of the image would follow different optical paths between the bounce points of the waveguide 804 and the observer, and that light from each angular portion of the image would be emitted at each bounce point of the waveguide toward the observer.

La Figura 8 muestra un plano de pupila de entrada 812, que indica el plano donde se ubican las pupilas del observador, y un plano de visualización de imagen 814, que indica el plano donde se forma la imagen en las retinas del observador. La Figura 8 también muestra un primer marcador 808 que indica cuál de las rutas ópticas 810 se dirige hacia el ojo derecho del observador y entrará por la pupila de entrada, y un segundo marcador 806 que indica cuál de las rutas ópticas 810 se dirige hacia el ojo izquierdo del observador y entrará por la pupila de entrada. Como se puede observar, cada ojo solo recibirá la luz de una ruta óptica de las múltiples rutas ópticas 810, y cada ojo recibirá la luz a través de una ruta óptica 810 diferente a la otra respectiva, debido a que los ojos del observador están naturalmente separados espacialmente entre sí. Sin embargo, como se ha descrito anteriormente, todas las rutas ópticas mostradas en la Figura 8 comprenden luz de la misma parte (es decir, de una parte común) de la imagen. Por lo tanto, ambos ojos recibirán el mismo contenido de la imagen con el mismo ángulo de incidencia, aunque a través de rutas ópticas diferentes. Los presentes inventores han reconocido que esto puede generar confusión y afectar la claridad de la imagen que percibe el observador. Los inventores han abordado este posible problema, como se entiende de la descripción siguiente. Además, aunque en la Figura 8 solo se muestran las rutas ópticas de la luz de una parte angular de la imagen, es posible que la luz de una o más partes angulares de la imagen también sea recibida simultáneamente por ambos ojos, izquierdo y derecho, del observador, de forma similar. Figure 8 shows an entrance pupil plane 812, indicating the plane where the observer's pupils are located, and an image display plane 814, indicating the plane where the image is formed on the observer's retinas. Figure 8 also shows a first marker 808 indicating which of the optical paths 810 is directed toward the observer's right eye and will enter through the entrance pupil, and a second marker 806 indicating which of the optical paths 810 is directed toward the observer's left eye and will enter through the entrance pupil. As can be seen, each eye will only receive light from one of the multiple optical paths 810, and each eye will receive light through a different optical path 810 than the other respective one, because the observer's eyes are naturally spatially separated from one another. However, as described above, all of the optical paths shown in Figure 8 comprise light from the same portion (i.e., a common portion) of the image. Therefore, both eyes will receive the same image content at the same angle of incidence, albeit through different optical paths. The present inventors have recognized that this can be confusing and affect the clarity of the image perceived by the observer. The inventors have addressed this potential problem, as is clear from the following description. Furthermore, although only the optical paths of light from one angular portion of the image are shown in Figure 8, it is possible that light from one or more angular portions of the image may also be received simultaneously by both the left and right eyes of the observer in a similar manner.

La Figura 9 muestra un sistema de visualización, o motor de luz, que incluye una guía de ondas 904 y un sistema de visión 910 que comprende dos pupilas de entrada. En este ejemplo, el sistema de visión 910 es un observador humano y las dos pupilas de entrada forman parte del ojo izquierdo 906 y el ojo derecho 908 del observador, respectivamente, sin embargo, esto no debe considerarse limitativo y la presente divulgación también aplica a otros tipos de sistemas de visualización. Se han omitido otras partes del sistema de visualización en la Figura 9. La guía de ondas 904 tiene un punto central 902, definido en su cara mayor, más cercana al sistema de visión 910, en donde la "posición a lo largo de la guía de ondas" (P<wg>) es igual a cero (Pwg = 0) en dicho punto central 902. El eje óptico se representa mediante una línea discontinua horizontal que se extiende (en la dirección "z", en este ejemplo) desde el punto central 902 hasta el sistema de visión 910. El eje "x" se define mediante una línea vertical que se extiende desde el punto central 902 y es prácticamente perpendicular al eje óptico. La guía de ondas 904 se dispone en un ángulo "a" con respecto al eje x. El plano de la pupila de entrada, en la que se ubican las pupilas del observador, separadas espacialmente entre sí en el plano de pupila de entrada, es sustancialmente paralelo al eje x, en este ejemplo. Sin embargo, la presente divulgación no se limita a la disposición de la Figura 9 ni a las posiciones relativas de ninguno de sus elementos. Por ejemplo, en la práctica, los ojos de un observador pueden no ubicarse con precisión en un plano pupilar de entrada común, perpendicular a un eje óptico que se extiende hacia el observador desde la guía de ondas. La ubicación de los ojos del observador, en un momento dado, puede calcularse u obtenerse de otro modo mediante un procesador integrado en el sistema de visualización o en comunicación con él. Por ejemplo, se puede emplear cualquier método adecuado de seguimiento ocular. Figure 9 shows a display system, or light engine, including a waveguide 904 and a vision system 910 comprising two entrance pupils. In this example, the vision system 910 is a human observer and the two entrance pupils form part of the observer's left eye 906 and right eye 908, respectively, however, this should not be considered limiting and the present disclosure also applies to other types of display systems. Other portions of the display system are omitted from Figure 9. Waveguide 904 has a center point 902 defined on its longer face nearest viewing system 910, where the "position along waveguide" (P<wg>) is zero (Pwg = 0) at the center point 902. The optical axis is represented by a horizontal dashed line extending (in the "z" direction in this example) from the center point 902 to the viewing system 910. The "x" axis is defined by a vertical line extending from the center point 902 and substantially perpendicular to the optical axis. Waveguide 904 is arranged at an angle "α" to the x-axis. The entrance pupil plane, in which the observer's pupils are located, spatially separated from each other in the entrance pupil plane, is substantially parallel to the x-axis in this example. However, the present disclosure is not limited to the arrangement of Figure 9 or the relative positions of any of its elements. For example, in practice, an observer's eyes may not be precisely located in a common entrance pupillary plane perpendicular to an optical axis extending toward the observer from the waveguide. The location of the observer's eyes, at any given time, may be calculated or otherwise obtained by a processor integrated into or in communication with the display system. For example, any suitable eye-tracking method may be employed.

La "posición a lo largo de la guía de ondas" (Pwg) de otros puntos en esa cara de la guía de ondas 904 puede definirse según su posición relativa al punto central 902. A modo de ejemplo, a cualquier punto situado a la derecha del punto central 902, como lo ve el observador 910 en la Figura 9, se le puede asignar un valor positivo (+) de Pwg, cuya magnitud se define por la distancia, a lo largo de la cara de la guía de ondas, entre el punto central 902 y el otro punto. Por el contrario, a cualquier punto situado a la izquierda del punto central 902, como lo ve el observador 910 en la Figura 9, se le puede asignar un valor negativo (-) de P<wg>, cuya magnitud se define, a su vez, por la distancia, a lo largo de la cara de la guía de ondas, entre el punto central 902 y el otro punto. Se define una distancia "D", sustancialmente paralela al eje óptico, entre el punto central 902 y el plano de la pupila de entrada. Esta distancia "D" puede ser relativamente grande en comparación con el tamaño de las pupilas de entrada del ojo del observador y/o con el tamaño del dispositivo de visualización (no mostrado) que visualiza el holograma de una imagen que será vista por el sistema de visión 910. Por ejemplo, la distancia "D" puede ser de aproximadamente 1000 milímetros (1000 mm). The "position along the waveguide" (Pwg) of other points on that waveguide face 904 may be defined by their position relative to the center point 902. By way of example, any point to the right of the center point 902, as viewed by observer 910 in Figure 9, may be assigned a positive (+) value of Pwg, the magnitude of which is defined by the distance along the waveguide face between the center point 902 and the other point. Conversely, any point to the left of the center point 902, as viewed by observer 910 in Figure 9, may be assigned a negative (-) value of P<wg>, the magnitude of which is defined, in turn, by the distance along the waveguide face between the center point 902 and the other point. A distance "D", substantially parallel to the optical axis, is defined between the center point 902 and the plane of the entrance pupil. This distance "D" may be relatively large compared to the size of the entrance pupils of the observer's eye and/or to the size of the display device (not shown) that displays the hologram of an image to be viewed by the vision system 910. For example, the distance "D" may be approximately 1000 millimeters (1000 mm).

Se puede observar que los ojos 906, 908 del observador están, naturalmente, separados espacialmente entre sí. La separación entre las pupilas de entrada de los ojos del observador puede denominarse "distancia interpupilar" (DIP). En el ejemplo mostrado en la Figura 9, la pupila de entrada del ojo derecho 908 se desplaza respecto a la intersección del eje óptico y el plano pupilar de entrada en una dirección positiva (+) a lo largo del eje x, mientras que la pupila de entrada del ojo izquierdo 906 se desplaza respecto a la intersección del eje óptico y el plano pupilar de entrada en una dirección negativa (-) a lo largo del eje x. De nuevo, esto es solo un ejemplo y no es limitativo. Los presentes inventores han reconocido que se puede proporcionar control para tener en cuenta las diferentes posiciones respectivas de los dos ojos del observador (y, en consecuencia, las diferentes ubicaciones respectivas de dos o más pupilas de entrada dentro de cualquier sistema de visión multipupila de entrada), para garantizar que ninguna parte de una imagen sea recibida por ambos ojos prácticamente al mismo tiempo. A modo de recordatorio, el tipo especial de holograma según esta divulgación divide o separa efectivamente el contenido de la imagen (aunque en el dominio del holograma) por ángulo. It can be seen that the observer's eyes 906, 908 are, naturally, spatially separated from one another. The separation between the entrance pupils of the observer's eyes can be referred to as the "interpupillary distance" (IPD). In the example shown in Figure 9, the right eye's entrance pupil 908 is shifted relative to the intersection of the optical axis and the entrance pupil plane in a positive (+) direction along the x-axis, while the left eye's entrance pupil 906 is shifted relative to the intersection of the optical axis and the entrance pupil plane in a negative (-) direction along the x-axis. Again, this is only an example and is not limiting. The present inventors have recognized that control can be provided to account for the different respective positions of the observer's two eyes (and, consequently, the different respective locations of two or more entrance pupils within any multi-input pupil vision system), to ensure that no part of an image is received by both eyes at substantially the same time. As a reminder, the special type of hologram according to this disclosure effectively divides or separates the image content (albeit in the hologram domain) by angle.

La Figura 10 comprende un gráfico que ilustra los reconocimientos realizados por los presentes inventores, aplicados a un sistema de visualización o motor de luz, como el mostrado en las Figuras 7C, 8 o 9. El gráfico muestra la relación entre la posición a lo largo de la guía de ondas (P<wg>) de un punto en la cara mayor de la guía de ondas, orientada hacia un observador o sistema de visión, y el ángulo desde cada ojo hasta dicho punto en la guía de ondas. En algunas realizaciones, la guía de ondas se inclina con respecto al dispositivo de visualización (es decir, el holograma) y/o al plano de la pupila de entrada del sistema de visión. Figure 10 comprises a graph illustrating the surveys made by the present inventors, applied to a display system or light engine, such as that shown in Figures 7C, 8 or 9. The graph shows the relationship between the position along the waveguide (P<wg>) of a point on the long face of the waveguide, oriented towards an observer or viewing system, and the angle from each eye to said point on the waveguide. In some embodiments, the waveguide is tilted with respect to the display device (i.e., the hologram) and/or the entrance pupil plane of the viewing system.

El gráfico de la Figura 10 muestra dos líneas: una, 1006, para la primera pupila de entrada de un sistema de visión, como el ojo izquierdo del observador, y la otra, 1008, para una segunda pupila de entrada diferente del sistema de visión, como el ojo derecho del observador. Como se puede observar, para cualquier ángulo de luz dado, 0, existe una primera posición a lo largo de la guía de ondas, P<wg>1, desde la que se emite la luz para alcanzar el ojo izquierdo. Para ese mismo ángulo de luz, 0, existe una segunda posición diferente a lo largo de la guía de ondas, Pwg2, desde la que se emite la luz para alcanzar el ojo derecho. Por lo tanto, ambos ojos recibirán el mismo contenido de imagen (es decir, el ángulo de luz) prácticamente al mismo tiempo, pero desde diferentes partes de la guía de ondas. Esta es la causa de un problema abordado por los inventores. The graph in Figure 10 shows two lines: one, 1006, for the first entrance pupil of one viewing system, such as the observer's left eye, and the other, 1008, for a different second entrance pupil of the viewing system, such as the observer's right eye. As can be seen, for any given light angle, 0, there exists a first position along the waveguide, P<wg>1, from which light is emitted to reach the left eye. For that same light angle, 0, there exists a second, different position along the waveguide, Pwg2, from which light is emitted to reach the right eye. Thus, both eyes will receive the same image content (i.e., light angle) at virtually the same time, but from different parts of the waveguide. This is the cause of a problem addressed by the inventors.

Todos los rayos (o haces de rayos) correspondientes a diferentes partes de la imagen se emiten desde múltiples ubicaciones (es decir, desde múltiples "puntos de rebote") en la guía de ondas. Por lo tanto, si dos o más rayos de luz modulada espacialmente, emitidos desde la guía de ondas desde diferentes posiciones, pero con el mismo ángulo, entran en ambas pupilas de entrada prácticamente simultáneamente, el contenido de la imagen recibida por ambas pupilas de entrada (es decir, por ambos ojos del observador) será el mismo. Esto puede confundir al observador y afectar la calidad de la imagen que ve o percibe. All rays (or ray bundles) corresponding to different parts of the image are emitted from multiple locations (i.e., from multiple "bounce points") in the waveguide. Therefore, if two or more spatially modulated light rays, emitted from the waveguide from different positions but at the same angle, enter both entrance pupils virtually simultaneously, the image content received by both entrance pupils (i.e., by both eyes of the observer) will be the same. This can confuse the observer and affect the quality of the image they see or perceive.

Por lo tanto, los presentes inventores han reconocido que, según las realizaciones, la luz recibida por cada pupila de entrada de un sistema de visión multipupila de entrada debe controlarse. Por ejemplo, la recepción simultánea, por dos o más pupilas de entrada de un sistema de visión multipupila de entrada, de luz con el mismo contenido de imagen y el mismo ángulo debe reducirse y, al menos en algunos casos, eliminarse. Además, los inventores han reconocido que, al menos en algunos casos, debe evitarse que dos o más pupilas de entrada de un sistema de visión multipupila de entrada reciban simultáneamente luz con el mismo contenido de imagen (es decir, luz en el mismo intervalo de ángulos). La solución de los inventores se entenderá en relación con la Figura 11, que también muestra las líneas primeras 1106 y segundas 1108 que representan la luz recibida por los ojos izquierdo y derecho, respectivamente, de un observador según un ejemplo. Therefore, the present inventors have recognized that, according to embodiments, the light received by each entrance pupil of a multi-pupil input vision system must be controlled. For example, the simultaneous reception, by two or more entrance pupils of a multi-pupil input vision system, of light with the same image content and the same angle must be reduced and, at least in some cases, eliminated. Furthermore, the inventors have recognized that, at least in some cases, two or more entrance pupils of a multi-pupil input vision system must be prevented from simultaneously receiving light with the same image content (i.e., light in the same angle range). The inventors' solution will be understood in relation to Figure 11, which also shows first lines 1106 and second lines 1108 representing light received by the left and right eyes, respectively, of an observer according to one example.

Cada ángulo en la Figura 11 corresponde a una parte diferente de la imagen debido al tipo especial de holograma empleado según esta divulgación. En resumen, los inventores han identificado, a partir de su análisis de esta geometría óptica, que se pueden identificar una pluralidad de intervalos angulares o "zonas" (es decir, subáreas) de la guía de ondas, en las que solo uno de los ojos recibirá el contenido de la imagen correspondiente. Por ejemplo, en la zona 2 de la guía de ondas, el intervalo angular de luz que recibe el ojo izquierdo no se superpone con el intervalo angular de luz que recibe el ojo derecho. En cualquier zona, el ángulo máximo que recibe un ojo es menor que el ángulo mínimo que recibe el otro, de modo que no hay superposición. Sin embargo, las zonas están perfectamente conectadas, de modo que todo el contenido de la imagen (es decir, todos los ángulos) se entrega al sistema de visión. Mirando esto desde otra perspectiva, el intervalo de ángulos asociado con la zona 2 en la Figura 11 se entrega al primer ojo desde una primera subárea (es decir, primer intervalo de P<wg>) de la guía de ondas que no se superpone (pero se conecta sin problemas) a una segunda subárea (es decir, segundo intervalo de Pwg) de la guía de ondas que entrega el mismo contenido angular al segundo ojo. El final de la primera subárea (por ejemplo, el límite superior de Pwg para el primer ojo) es inmediatamente adyacente (es decir, se conecta sin problemas) al inicio de la segunda subárea (por ejemplo, el límite inferior de Pwg para el otro ojo), o viceversa. En resumen, debido a la geometría del sistema y la naturaleza del holograma, los inventores identificaron que existía una pluralidad de zonas (es decir, subáreas) de la guía de ondas desde las cuales los dos ojos recibirían luz codificada con diferentes partes (y, fundamentalmente, no superpuestas) de la imagen. El experto en la técnica apreciará que el enfoque descrito en la Figura 11 se aproxima a un sistema óptico complejo y, por ejemplo, el tamaño finito de las pupilas de entrada puede permitir cierta diafonía de contenido angular entre los ojos. Sin embargo, los inventores han comprobado que este método es muy eficaz para identificar configuraciones de bloqueo de luz que reducen significativamente la diafonía entre los dos ojos, a la vez que muestran la imagen completa a ambos. Each angle in Figure 11 corresponds to a different part of the image due to the special type of hologram employed in accordance with this disclosure. In summary, the inventors have identified, from their analysis of this optical geometry, that a plurality of angular ranges or "zones" (i.e., sub-areas) of the waveguide can be identified, in which only one of the eyes will receive the corresponding image content. For example, in zone 2 of the waveguide, the angular range of light received by the left eye does not overlap with the angular range of light received by the right eye. In any zone, the maximum angle received by one eye is less than the minimum angle received by the other, so that there is no overlap. However, the zones are perfectly connected, so that all image content (i.e., all angles) is delivered to the vision system. Looking at this from another perspective, the angle range associated with zone 2 in Figure 11 is delivered to the first eye from a first subarea (i.e., first P<wg> range) of the waveguide that does not overlap (but seamlessly connects) to a second subarea (i.e., second Pwg range) of the waveguide that delivers the same angular content to the second eye. The end of the first subarea (e.g., the upper Pwg boundary for the first eye) is immediately adjacent (i.e., seamlessly connects) to the start of the second subarea (e.g., the lower Pwg boundary for the other eye), or vice versa. In summary, due to the geometry of the system and the nature of the hologram, the inventors identified that there were a plurality of zones (i.e., subareas) of the waveguide from which the two eyes would receive light encoded with different (and, crucially, non-overlapping) parts of the image. One skilled in the art will appreciate that the approach described in Figure 11 approximates a complex optical system, and, for example, the finite size of the entrance pupils may allow for some angular content crosstalk between the eyes. However, the inventors have found this method to be very effective in identifying light-blocking configurations that significantly reduce crosstalk between the two eyes, while still displaying the complete image to both.

Más detalladamente, la Figura 11 muestra, a modo de ejemplo, cuatro zonas diferentes, en donde cada zona (zona 1, zona 2, zona 3, zona 4) define un intervalo de ángulos de luz diferente, que se emitirá desde la guía de ondas hacia el observador. Cada zona (zona 1, zona 2, zona 3, zona 4) corresponde a un canal angular diferente y, por lo tanto, a un contenido de imagen distinto. En otras palabras, debido a la manera única en que se ha calculado el holograma, cada zona representa una parte diferente de la imagen y, por lo tanto, se dice que corresponde a un contenido de imagen distinto. Las zonas son adyacentes y contiguas entre sí, de modo que, en combinación, cubren todo el intervalo de ángulos que componen la imagen y, por lo tanto, proporcionan todo el contenido de imagen necesario para que el cerebro del observador la reconstruya holográficamente al recibir la luz modulada espacialmente. El lector apreciará que el número y la posición de las zonas son variables, y la Figura 11 muestra solo un posible ejemplo. In more detail, Figure 11 shows, by way of example, four different zones, where each zone (zone 1, zone 2, zone 3, zone 4) defines a different range of light angles to be emitted from the waveguide towards the observer. Each zone (zone 1, zone 2, zone 3, zone 4) corresponds to a different angular channel and therefore to different image content. In other words, due to the unique way in which the hologram has been calculated, each zone represents a different part of the image and is therefore said to correspond to different image content. The zones are adjacent and contiguous to each other, so that, in combination, they cover the entire range of angles that make up the image and therefore provide all the image content necessary for the observer's brain to holographically reconstruct it upon receiving the spatially modulated light. The reader will appreciate that the number and position of the zones are variable, and Figure 11 shows only one possible example.

Los presentes inventores han reconocido que, para cada parte de la imagen, y por lo tanto para cada zona, la luz debería preferiblemente ser recibida solo por una pupila de entrada (es decir, por uno de los ojos del observador, no por ambos), para evitar la confusión del observador. En particular, los presentes inventores han ideado un dispositivo de control, en una o varias ubicaciones seleccionadas entre la guía de ondas y el observador, para garantizar que la luz de cada parte de la imagen (es decir, cada ángulo) sea recibida solo por uno de los ojos del observador en cualquier momento. El dispositivo de control puede comprender uno o más agujeros, o aberturas, y una o más barreras o bloqueos. El dispositivo de control puede denominarse "abertura" o "abertura de guía de ondas", que presenta partes cerradas y partes abiertas. La(s) abertura(s) de guía de ondas pueden configurarse de modo que el primer ojo del observador reciba contenido angular que no puede ser recibido por el segundo ojo, y viceversa. El dispositivo de control puede implementarse también como un dispositivo de obturación de luz que comprende una pluralidad de elementos que forman "obturadores" que pueden abrirse o cerrarse selectivamente. The present inventors have recognized that, for each part of the image, and therefore for each region, light should preferably be received by only one entrance pupil (i.e., by one of the observer's eyes, not both), to avoid observer confusion. In particular, the present inventors have devised a control device, at one or more selected locations between the waveguide and the observer, to ensure that light from each part of the image (i.e., each angle) is received by only one of the observer's eyes at any time. The control device may comprise one or more holes, or openings, and one or more barriers or blocks. The control device may be referred to as an "aperture" or "waveguide aperture," having closed and open portions. The waveguide aperture(s) may be configured so that the first observer's eye receives angular content that cannot be received by the second eye, and vice versa. The control device may also be implemented as a light shutter device comprising a plurality of elements forming "shutters" that can be selectively opened or closed.

En la Figura 11 se muestra un ejemplo de la abertura de guía de ondas 1100, en una primera fase 1100A y una segunda fase 1100B. Estas fases corresponden a las "configuraciones" o "configuraciones de bloqueo de luz", como se ha descrito anteriormente. La presente divulgación no se limita a las configuraciones particulares mostradas en las Figuras. Estos son solo ejemplos ilustrativos. An example of the waveguide aperture 1100 is shown in Figure 11, in a first phase 1100A and a second phase 1100B. These phases correspond to the "configurations" or "light-blocking configurations" as described above. The present disclosure is not limited to the particular configurations shown in the Figures. These are illustrative examples only.

La abertura de guía de ondas 1100 se muestra adyacente a un gráfico en la Figura 11, similar al de la Figura 10, para mostrar cómo la apertura de guía de ondas 1100 afectaría la luz que, de otro modo, se propagaría hacia los ojos del observador, a través de la guía de ondas, desde las zonas 1 a 4 de un holograma. Cada fase 1100A, 1100B representa una posible configuración que puede aplicarse para garantizar que solo un ojo reciba la luz de cada zona en un momento dado. Para cada fase 1100A, 1100B, la abertura de guía de ondas 1100 comprende partes abiertas y cerradas, cada una de las cuales corresponde a un intervalo (en milímetros, mm) de posiciones a lo largo de la guía de ondas (Pwg) desde las que podría emitirse luz. En la práctica, la abertura de guía de ondas 1100 puede ubicarse físicamente cerca de la guía de ondas, extendiéndose a través de las rutas de luz entre esta y el observador, para permitir o bloquear selectivamente ciertas rutas de luz, como se detalla a continuación. Por ejemplo, la abertura de guía de ondas puede ubicarse justo delante de la guía de ondas. En esta disposición, la abertura de guía de ondas puede inclinarse con respecto al plano de la pupila de entrada; por ejemplo, puede ser sustancialmente paralela a la cara alargada de la guía de ondas. Sin embargo, se contemplan otras ubicaciones y orientaciones de la abertura de guía de ondas, que proporcionarían una función similar. The waveguide aperture 1100 is shown adjacent to a graph in Figure 11, similar to that of Figure 10, to show how the waveguide aperture 1100 would affect the light that would otherwise propagate towards the observer's eyes, through the waveguide, from zones 1 to 4 of a hologram. Each phase 1100A, 1100B represents a possible configuration that can be applied to ensure that only one eye receives light from each zone at a given time. For each phase 1100A, 1100B, the waveguide aperture 1100 comprises open and closed portions, each of which corresponds to a range (in millimeters, mm) of positions along the waveguide (Pwg) from which light could be emitted. In practice, the waveguide aperture 1100 may be physically located near the waveguide, extending across the light paths between it and the observer, to selectively allow or block certain light paths, as detailed below. For example, the waveguide aperture may be located immediately in front of the waveguide. In this arrangement, the waveguide aperture may be tilted with respect to the plane of the entrance pupil; for example, it may be substantially parallel to the elongated face of the waveguide. However, other locations and orientations of the waveguide aperture are contemplated, which would provide a similar function.

Se puede proporcionar una abertura de guía de ondas fija, correspondiente a las fases 1100A, 1100B, en donde la abertura de guía de ondas se posiciona entre la guía de ondas y el observador para permitir que la luz emitida desde ciertas posiciones a lo largo de la guía de ondas (Pwg) llegue al observador y bloquear la luz proveniente de otras posiciones, como se define en las secciones abierta (blanca) y cerrada (negra) que se muestran en la Figura 11. Se pueden proporcionar una pluralidad de diferentes aberturas de guía de ondas fijas, en donde una seleccionada de la pluralidad se puede disponer junto a la guía de ondas en un momento dado para proporcionar un control selectivo de la luz modulada espacialmente entre la guía de ondas y el observador. Alternativamente, se puede proporcionar una abertura de guía de ondas reconfigurable dinámicamente, que alterna entre la primera fase 1100A y la segunda fase 1100B. Considerando cada fase, la abertura de guía de ondas 1100 se puede entender con más detalle, como se indica a continuación: A fixed waveguide aperture may be provided, corresponding to phases 1100A, 1100B, wherein the waveguide aperture is positioned between the waveguide and the observer to allow light emitted from certain positions along the waveguide (Pwg) to reach the observer and block light coming from other positions, as defined by the open (white) and closed (black) sections shown in Figure 11. A plurality of different fixed waveguide apertures may be provided, wherein a selected one of the plurality may be disposed adjacent the waveguide at any given time to provide selective control of spatially modulated light between the waveguide and the observer. Alternatively, a dynamically reconfigurable waveguide aperture may be provided, alternating between the first phase 1100A and the second phase 1100B. By considering each phase, the waveguide aperture 1100 can be understood in more detail as follows:

Para la primera fase 1100A, la abertura de guía de ondas se divide espacialmente en 5 partes, cada una de las cuales define un intervalo de posiciones a lo largo de la guía de ondas (P<wg>), en donde las partes se abren y cierran alternativamente. Más detalladamente, se define una primera parte abierta 1121 a la izquierda de la Figura. Se debe apreciar que los términos de posición como "izquierda", "derecha", etc., se utilizan únicamente para facilitar el entendimiento de los ejemplos mostrados en las Figuras y no deben considerarse limitativos. La primera parte abierta 1121 define un intervalo de posiciones a lo largo de la guía de ondas (P<wg>) en el que el ojo derecho recibe la luz de la zona 4. El ojo izquierdo no recibe luz de este intervalo de posiciones. De izquierda a derecha, inmediatamente adyacente a la primera parte abierta 1121 se encuentra una primera parte cerrada 1122, que define un intervalo de posiciones a lo largo de la guía de ondas (P<wg>) para las cuales el ojo derecho podría recibir la luz de la zona 3. Sin embargo, al ser una parte cerrada 1122, garantiza que el ojo derecho no reciba luz de la zona 3. Además, la primera parte cerrada 1122 también cubre un intervalo de posiciones desde las que el ojo izquierdo podría haber recibido luz de la zona 4. Sin embargo, nuevamente, al ser una parte cerrada 1122, garantiza que el ojo izquierdo no reciba luz de la zona 4. Moviéndose más a la derecha, inmediatamente adyacente a la primera parte cerrada 1122 se encuentra una segunda parte abierta 1123, que define un intervalo de posiciones a lo largo de la guía de ondas (Pwg) para las cuales el ojo izquierdo recibe la luz de la zona 3. Además, ese mismo intervalo de posiciones a lo largo de la guía de ondas es el intervalo para el cual el ojo derecho recibe luz de la zona 2. Moviéndose más a la derecha, inmediatamente adyacente a la segunda parte abierta 1123 hay una segunda parte cerrada 1124, que define un intervalo de posiciones a lo largo de la guía de ondas (PwG) para las cuales el ojo izquierdo recibiría la luz de la zona 2. Sin embargo, al ser una parte cerrada 1124, asegura que el ojo izquierdo no recibirá luz de la zona 2. Adicionalmente, la segunda parte cerrada 1124 también cubre un intervalo de posiciones desde las que el ojo derecho recibiría luz de la zona 1. Sin embargo, nuevamente, al ser una parte cerrada 1124, asegura que el ojo derecho no recibirá luz de la zona 1. Finalmente, inmediatamente adyacente a la segunda parte cerrada 1124 hay una tercera parte abierta 1125. Define un intervalo de posiciones a lo largo de la guía de ondas (P<wg>) para las cuales el ojo izquierdo recibe la luz de la zona 1. El ojo derecho no recibe luz de este intervalo de posiciones. Por lo tanto, cuando la abertura de guía de ondas se encuentra en una configuración representada por la primera fase de 1100 A, la luz de cada zona puede entrar en un ojo y se impide que entre en el otro. De esta manera, se evita la duplicación del contenido de la imagen recibida. For the first stage 1100A, the waveguide aperture is spatially divided into 5 portions, each of which defines a range of positions along the waveguide (P<wg>), wherein the portions alternately open and close. In more detail, a first open portion 1121 is defined on the left side of the Figure. It should be appreciated that position terms such as "left", "right", etc., are used solely to facilitate understanding of the examples shown in the Figures and are not to be construed as limiting. The first open portion 1121 defines a range of positions along the waveguide (P<wg>) in which the right eye receives light from region 4. The left eye does not receive light from this range of positions. From left to right, immediately adjacent to the first open portion 1121 is a first closed portion 1122, which defines a range of positions along the waveguide (P<wg>) for which the right eye could receive light from zone 3. However, being a closed portion 1122, it ensures that the right eye does not receive light from zone 3. Furthermore, the first closed portion 1122 also covers a range of positions from which the left eye could have received light from zone 4. However, again, being a closed portion 1122, it ensures that the left eye does not receive light from zone 4. Moving further to the right, immediately adjacent to the first closed portion 1122 is a second open portion 1123, which defines a range of positions along the waveguide (P<wg>) for which the left eye receives light from zone 3. Furthermore, that same range of positions along the waveguide is the range for the which the right eye receives light from zone 2. Moving further to the right, immediately adjacent to the second open portion 1123 is a second closed portion 1124, which defines a range of positions along the waveguide (PwG) for which the left eye would receive light from zone 2. However, being a closed portion 1124, it ensures that the left eye will not receive light from zone 2. Additionally, the second closed portion 1124 also covers a range of positions from which the right eye would receive light from zone 1. However, again, being a closed portion 1124, it ensures that the right eye will not receive light from zone 1. Finally, immediately adjacent to the second closed portion 1124 is a third open portion 1125. It defines a range of positions along the waveguide (P<wg>) for which the left eye receives light from zone 1. The right eye does not receive light from this range of positions. Therefore, when the waveguide aperture is in a configuration represented by the first phase of 1100 A, light from each zone can enter one eye and is prevented from entering the other. This prevents duplication of the received image content.

Para la segunda fase 1100B, la abertura de guía de ondas se divide espacialmente en 5 partes, que definen los mismos intervalos de posiciones a lo largo de la guía de ondas (PwG) que las partes correspondientes de la primera fase 1100A. Sin embargo, en la segunda fase 1100B, las partes se cierran y abren alternativamente al observarlas de izquierda a derecha, como se define en la Figura 11. En detalle: una primera parte cerrada 1121' impide que la luz de la zona 4 entre en el ojo derecho. No afecta al ojo izquierdo, ya que este no recibe luz de este intervalo de posiciones. Hacia la derecha, inmediatamente adyacente a la primera parte cerrada 1121', se encuentra una primera parte abierta 1122'. Esta permite que la luz de la zona 4 entre en el ojo izquierdo y que la luz de la zona 3 entre en el ojo derecho. Hacia la derecha, inmediatamente adyacente a la primera parte abierta 1122', se encuentra una segunda parte cerrada 1123'. Impide que la luz de la zona 3 entre en el ojo izquierdo y que la de la zona 2 entre en el ojo derecho. Moviéndose de nuevo hacia la derecha, adyacente a la segunda parte cerrada 1123', se encuentra una segunda sección abierta 1124'. Esta sección permite que la luz de la zona 2 entre en el ojo izquierdo y que la de la zona 1 entre en el ojo derecho. Moviéndose de nuevo hacia la derecha, adyacente a la segunda parte abierta 1124', se encuentra una tercera sección cerrada 1125'. Esta sección impide que la luz de la zona 1 entre en el ojo izquierdo. Por lo tanto, las funciones de las dos fases de la abertura de guía de ondas se resumen en la Tabla 1, a continuación. For the second stage 1100B, the waveguide aperture is spatially divided into 5 parts, which define the same position ranges along the waveguide (PwG) as the corresponding parts of the first stage 1100A. However, in the second stage 1100B, the parts are alternately closed and opened when viewed from left to right, as defined in Figure 11. In detail: a first closed part 1121' prevents light from zone 4 from entering the right eye. It does not affect the left eye, since it does not receive light from this position range. To the right, immediately adjacent to the first closed part 1121', is a first open part 1122'. This allows light from zone 4 to enter the left eye and light from zone 3 to enter the right eye. To the right, immediately adjacent to the first open portion 1122', is a second closed portion 1123'. It prevents light from zone 3 from entering the left eye and light from zone 2 from entering the right eye. Moving again to the right, adjacent to the second closed portion 1123', is a second open section 1124'. This section allows light from zone 2 to enter the left eye and light from zone 1 to enter the right eye. Moving again to the right, adjacent to the second open portion 1124', is a third closed section 1125'. This section prevents light from zone 1 from entering the left eye. Therefore, the functions of the two stages of the waveguide aperture are summarized in Table 1, below.

Las realizaciones describen una disposición en la que una primera y una segunda configuración de abertura son opuestas, es decir, perfectamente complementarias, solo a modo de ejemplo. No es esencial que las fases del dispositivo de control sean perfectamente complementarias. En otras realizaciones descritas aquí, se utilizan configuraciones y fases más complejas, especialmente cuando se considera plenamente el tamaño finito de cada pupila de entrada. The embodiments describe an arrangement in which a first and second aperture configuration are opposite, i.e., perfectly complementary, by way of example only. It is not essential that the phases of the control device be perfectly complementary. In other embodiments described herein, more complex configurations and phases are used, especially when the finite size of each entrance pupil is fully considered.

Tabla 1 Table 1

El holograma se calcula de forma que divide el contenido de la imagen de destino por ángulo, como se describe en esta memoria con referencia a las Figuras 7A-C. Se pueden utilizar diversos métodos para calcular dicho holograma. En general, se puede decir que el holograma se restringe según al menos una pupila de entrada del sistema de visión. La característica distintiva del holograma es la división angular del contenido de la imagen en canales. Según las realizaciones, el holograma se calcula mediante un método de nube de puntos, como se ha detallado anteriormente, que utiliza puntos de imagen virtual individuales de la imagen virtual que se va a generar. Sin embargo, este método se describe solo a modo de ejemplo, y se pueden utilizar otros métodos para calcular un holograma caracterizado por la canalización angular del contenido de la imagen. En las realizaciones que utilizan el método de nube de puntos de ejemplo no limitativo, cada punto de imagen virtual puede corresponder a un ángulo del rayo de luz entre el dispositivo de visualización y una pupila de entrada del sistema de visión. Cada punto de imagen virtual puede considerarse un componente individual de la imagen. En algunas realizaciones, una zona de la imagen virtual puede comprender un único punto de imagen virtual o una pluralidad de puntos de imagen virtual. En algunas realizaciones, dos o más puntos de imagen virtual adyacentes pueden estar comprendidos dentro de una zona de la imagen virtual, en donde el intervalo angular de dicha zona comprende todos los ángulos que corresponden respectivamente a los puntos individuales de la imagen virtual comprendidos dentro de la zona. The hologram is calculated by dividing the target image content by angle, as described herein with reference to Figures 7A-C. Various methods may be used to calculate such a hologram. In general, the hologram can be said to be constrained according to at least one entrance pupil of the viewing system. The distinctive feature of the hologram is the angular division of the image content into channels. According to embodiments, the hologram is calculated using a point cloud method, as detailed above, which utilizes individual virtual image points from the virtual image to be generated. However, this method is described by way of example only, and other methods may be used to calculate a hologram characterized by the angular channeling of the image content. In embodiments utilizing the non-limiting exemplary point cloud method, each virtual image point may correspond to an angle of the light ray between the display device and an entrance pupil of the viewing system. Each virtual image point may be considered an individual component of the image. In some embodiments, a virtual image region may comprise a single virtual image point or a plurality of virtual image points. In some embodiments, two or more adjacent virtual image points may be comprised within a virtual image region, wherein the angular range of said region comprises all angles corresponding respectively to the individual virtual image points comprised within the region.

Para controlar con éxito el contenido que llega a cada ojo (o pupila de entrada) de un observador (o sistema de visión), en donde cada ojo (o pupila de entrada) ocupa una posición de visión respectiva diferente, cada parte de la abertura de guía de ondas descrita en esta memoria (es decir, cada zona) define un ángulo máximo del rayo de luz y un ángulo mínimo del rayo de luz que se puede recibir desde cada posición de visión, por ejemplo, desde cada ojo, cuando el sistema de visión es un observador humano con dos ojos. Para evitar la superposición del contenido holográfico recibido entre las posiciones de visualización (por ejemplo, entre los dos ojos), para cada zona, el ángulo máximo del rayo de luz de la posición del primer ojo es menor que el ángulo mínimo del rayo de luz de la posición del segundo ojo. Si las dos posiciones de visualización se configuran para recibir contenido de dos zonas adyacentes, el ángulo máximo del rayo de luz de la posición del primer ojo es sustancialmente igual al ángulo mínimo del rayo de luz de la posición del segundo ojo. Por ejemplo, la abertura de guía de ondas puede configurarse de modo que la primera posición de visión reciba luz modulada espacialmente correspondiente al contenido en un intervalo angular hasta e incluyendo su ángulo<máximo de rayo de luz (>0<max1) y la segunda posición de visión reciba luz modulada espacialmente correspondiente al contenido en un intervalo angular superior, pero no igual a>0<max1, hasta un ángulo máximo de rayo de luz de la segunda posición de ojo>0<max2.>In order to successfully control the content reaching each eye (or entrance pupil) of an observer (or viewing system), where each eye (or entrance pupil) occupies a different respective viewing position, each portion of the waveguide aperture described herein (i.e., each zone) defines a maximum light ray angle and a minimum light ray angle receivable from each viewing position, e.g., from each eye when the viewing system is a two-eyed human observer. To prevent overlap of received holographic content between viewing positions (e.g., between the two eyes), for each zone, the maximum light ray angle from the first eye position is less than the minimum light ray angle from the second eye position. If the two viewing positions are configured to receive content from two adjacent zones, the maximum light ray angle from the first eye position is substantially equal to the minimum light ray angle from the second eye position. For example, the waveguide aperture may be configured such that the first viewing position receives spatially modulated light corresponding to the content in an angular range up to and including its maximum light ray angle (>0<max1) and the second viewing position receives spatially modulated light corresponding to the content in an angular range greater than, but not equal to, >0<max1, up to a maximum light ray angle of the second eye position >0<max2.

Según las realizaciones, la "imagen de destino", para la que se calcula un holograma y que se reconstruye holográficamente según la presente divulgación, es diferente para cada ojo. Por lo tanto, los hologramas correspondientes a la imagen, calculados por separado para cada ojo, pueden ser, de hecho, cada uno de ellos un holograma de una imagen diferente. En otras palabras, el holograma calculado para el ojo izquierdo corresponde a la imagen vista desde la perspectiva del ojo izquierdo y, a la inversa, el holograma para el ojo derecho corresponde a la imagen vista desde la perspectiva del ojo derecho. According to embodiments, the "target image," for which a hologram is calculated and holographically reconstructed according to the present disclosure, is different for each eye. Therefore, the holograms corresponding to the image, calculated separately for each eye, may, in fact, each be a hologram of a different image. In other words, the hologram calculated for the left eye corresponds to the image seen from the perspective of the left eye, and conversely, the hologram for the right eye corresponds to the image seen from the perspective of the right eye.

Así pues, los presentes inventores han reconocido que el contenido de la imagen comprendida en cada zona puede ser diferente para cada ojo (o, para cada abertura, de cualquier otro sistema de visión de múltiples aberturas). Por lo tanto, según las realizaciones, la abertura de guía de ondas divulgada en esta memoria puede configurarse para suministrar luz de todas las zonas a cada ojo, dentro de un intervalo de tiempo estrecho, de modo que el cerebro (o el procesador asociado con un sistema de visión no humano) perciba que cada ojo ha recibido todo el contenido del holograma de su imagen respectiva, prácticamente de forma simultánea. Thus, the present inventors have recognized that the image content within each region may be different for each eye (or, for each aperture, for any other multi-aperture viewing system). Thus, according to embodiments, the waveguide aperture disclosed herein may be configured to deliver light from all regions to each eye within a narrow time window such that the brain (or processor associated with a non-human viewing system) perceives that each eye has received the entire hologram content of its respective image substantially simultaneously.

Según las realizaciones, la abertura de guía de ondas puede configurarse dinámicamente, y/o puede haber más de una abertura, dispositivo de obturación de luz u otro dispositivo de control, en donde un controlador de activación adecuado (como se describe a continuación, por ejemplo) puede controlar dinámicamente la conmutación entre sus diferentes configuraciones, o entre los diferentes dispositivos de control. Preferiblemente, esto debería realizarse con gran rapidez, por ejemplo, más rápido que el tiempo de integración típico del ojo humano. According to embodiments, the waveguide aperture may be dynamically configured, and/or there may be more than one aperture, light shutter, or other control device, wherein a suitable trigger controller (as described below, for example) may dynamically control switching between its different configurations, or between the different control devices. Preferably, this should be performed very quickly, for example, faster than the typical integration time of the human eye.

Esta conmutación permite que el observador reciba toda la luz modulada espacialmente emitida por el dispositivo de control en ambas fases/configuraciones en un intervalo de tiempo muy corto, de modo que perciba que se ha recibido simultáneamente. This switching allows the observer to receive all the spatially modulated light emitted by the control device in both phases/configurations in a very short time interval, so that he perceives it to have been received simultaneously.

La abertura de guía de ondas 1100 puede controlarse para alternar rápidamente entre las fases primera y segunda, por ejemplo, más rápido que el tiempo de integración típico del ojo humano, de modo que las imágenes recibidas por el observador en cada fase se entrelacen, como se describe en el documento GB2108456.1. De esta manera, el observador percibe que ha visto la imagen completa con ambos ojos, cada uno desde su perspectiva única según su posición. Sin embargo, el observador no percibe el deterioro de la imagen ni la confusión que causaría recibir imágenes comunes o superpuestas con ambos ojos simultáneamente y desde el mismo ángulo. Por lo tanto, el dispositivo de control funciona en combinación con el (los) holograma(s) calculado(s), como se describe en esta memoria, para crear imágenes holográficas claras y precisas para el observador. Esto se logra de forma sencilla pero eficaz. The waveguide aperture 1100 may be controlled to alternate rapidly between the first and second phases, for example, faster than the typical integration time of the human eye, such that the images received by the observer at each phase are interlaced, as described in GB2108456.1. In this way, the observer perceives that they have seen the entire image with both eyes, each from their own unique perspective based on their position. However, the observer does not perceive the image deterioration or confusion that would be caused by receiving common or overlapping images with both eyes simultaneously and from the same angle. Therefore, the control device works in combination with the calculated hologram(s), as described herein, to create clear and accurate holographic images for the observer. This is achieved in a simple yet effective manner.

Los inventores descubrieron que las realizaciones descritas anteriormente pueden determinarse adecuadamente mediante la geometría basada en el centro de cada pupila de entrada. En una mejora adicional descrita en el documento GB2108456.1, con referencia a las Figuras 26 a 30, los inventores consideraron el tamaño finito de las pupilas de entrada. Según estas realizaciones, se mejora aún más la calidad de la imagen y se reduce o incluso se elimina la diafonía entre los distintos sistemas de visualización. El experto en la técnica apreciará cómo el método descrito a continuación puede utilizarse para reconfigurar dinámicamente el dispositivo de control y la disposición de la abertura en tiempo real, por ejemplo, en respuesta a un cambio en la posición del ojo o la cabeza, y/o en el tamaño de la pupila. La configuración de la abertura proporcionada por el dispositivo de control es reconfigurable por software, por lo que el sistema divulgado en esta memoria también puede ajustarse automáticamente en respuesta a parámetros del sistema de visión como la separación entre los dos sistemas de visión (p. ej., la distancia interpupilar de un observador humano). The inventors discovered that the embodiments described above can be suitably determined by the center-based geometry of each entrance pupil. In a further improvement described in GB2108456.1, with reference to Figures 26 to 30, the inventors considered the finite size of the entrance pupils. According to these embodiments, image quality is further improved and crosstalk between the different display systems is reduced or even eliminated. One skilled in the art will appreciate how the method described below can be used to dynamically reconfigure the control device and the aperture arrangement in real time, for example, in response to a change in eye or head position, and/or pupil size. The aperture configuration provided by the control device is software reconfigurable, so that the system disclosed herein can also be automatically adjusted in response to vision system parameters such as the separation between the two vision systems (e.g., the interpupillary distance of a human observer).

En algunas realizaciones, se hace una medición del diámetro de la pupila (p. ej., mediante un sistema de seguimiento ocular) y esto se utiliza como parte del sistema de control del obturador. Por ejemplo, la pupila de un conductor puede variar considerablemente. Cuando la luz ambiental es intensa, el diámetro de la pupila será menor. Una ventaja del sistema divulgado en esta memoria es que, en condiciones de mucha luz, cuando el diámetro de la pupila es relativamente pequeño (p. ej., 2 mm), se requiere menos área de abertura cerrada para eliminar la diafonía ocular. Esto es ventajoso porque significa que la eficiencia general (cantidad de luz propagada hacia el observador) es relativamente alta. Por lo tanto, existe una excelente sinergia entre el sistema de obturador de la presente divulgación y la visualización de imágenes, en particular, la pantalla de visualización frontal (HUD) en un vehículo. In some embodiments, a measurement of the pupil diameter is made (e.g., by an eye-tracking system) and this is used as part of the shutter control system. For example, a driver's pupil may vary considerably. In bright ambient light, the pupil diameter will be smaller. An advantage of the system disclosed herein is that, in bright light conditions, when the pupil diameter is relatively small (e.g., 2 mm), less closed aperture area is required to eliminate ocular crosstalk. This is advantageous because it means that the overall efficiency (amount of light propagated toward the observer) is relatively high. Therefore, there is excellent synergy between the shutter system of the present disclosure and the image display, in particular, the head-up display (HUD) in a vehicle.

Según otras realizaciones, se puede emplear un esquema de obturación de luz más complejo, en el que el tamaño de las zonas del obturador puede cambiar durante el funcionamiento del obturador dinámico. Además, la posición de las zonas del obturador puede cambiar o reconfigurarse durante el funcionamiento. Por ejemplo, la posición de las fronteras de las zonas del obturador de una configuración puede cambiar según la posición del ojo (correspondiente al centro de cada pupila de entrada, en la que se basa la geometría), determinada por un dispositivo de seguimiento ocular. Se puede implementar cualquier número de esquemas de obturación diferentes para garantizar que ninguna parte de la imagen sea recibida por varias posiciones de visión (por ejemplo, posiciones de los ojos) simultáneamente. Esto se consigue, de nuevo, garantizando que cada ángulo de luz del expansor de pupila de guía de ondas solo alcance una posición de visión (por ejemplo, un ojo) a la vez. Por ejemplo, se pueden implementar tres configuraciones de obturador diferentes en secuencia (por ejemplo, cíclicamente) durante el funcionamiento, como se describe en la patente GB2108456.1 en tramitación con la presente, con referencia a las Figuras 28 a 30 de la misma. According to other embodiments, a more complex light shutter scheme may be employed, in which the size of the shutter zones may change during operation of the dynamic shutter. Furthermore, the position of the shutter zones may change or be reconfigured during operation. For example, the position of the boundaries of the shutter zones in an arrangement may change based on the eye position (corresponding to the center of each entrance pupil, upon which the geometry is based), determined by an eye-tracking device. Any number of different shutter schemes may be implemented to ensure that no part of the image is received by multiple viewing positions (e.g., eye positions) simultaneously. This is again achieved by ensuring that each angle of light from the waveguide pupil expander only reaches one viewing position (e.g., one eye) at a time. For example, three different shutter configurations may be implemented in sequence (e.g., cyclically) during operation, as described in the co-pending patent GB2108456.1, with reference to Figures 28 to 30 thereof.

Basándose en esta geometría, los inventores han determinado un esquema de obturación dinámica que elimina la diafonía entre dos ojos que tiene un tamaño de pupila finito. En esta realización, el esquema de obturación dinámica comprende tres configuraciones (fases o estadios). Es decir, se utilizan tres disposiciones/patrones de obturación diferentes para reconstruir cada holograma. Las tres disposiciones de obturador se forman secuencialmente. Por lo tanto, se puede decir que las diferentes disposiciones están entrelazadas en el tiempo. Sin embargo, la presente divulgación no se limita a tres disposiciones de obturador diferentes, y se puede concebir cualquier número de disposiciones de obturación dentro del alcance de esta divulgación. Based on this geometry, the inventors have determined a dynamic shutter scheme that eliminates crosstalk between two eyes having a finite pupil size. In this embodiment, the dynamic shutter scheme comprises three configurations (phases or stages). That is, three different shutter arrangements/patterns are used to reconstruct each hologram. The three shutter arrangements are formed sequentially. Therefore, the different arrangements can be said to be interleaved in time. However, the present disclosure is not limited to three different shutter arrangements, and any number of shutter arrangements can be conceived within the scope of this disclosure.

El dispositivo de control descrito en esta memoria puede adoptar formas diferentes, pero, según la invención reivindicada, es un dispositivo de obturación de luz. Como se describe a continuación, con referencia a las Figuras 12 y 13, el dispositivo de control comprende un dispositivo de obturación de luz formado por una pluralidad, como una agrupación 2D, de elementos de recepción/procesamiento de luz controlables individualmente, como píxeles. En particular, el dispositivo de obturación de luz puede comprender un dispositivo o pantalla de cristal líquido pixelado. En algunas realizaciones, los elementos o píxeles pueden operar en grupos contiguos para formar las zonas de obturación transmisivas y no transmisivas descritas en esta memoria. Cada grupo de píxeles puede conmutarse entre un primer modo óptico (p. ej., transmisivo u ópticamente transparente) y un segundo modo óptico (p. ej., reflectante u ópticamente absorbente/opaco). El experto en la técnica sabe cómo controlar un dispositivo de visualización pixelado para que el tamaño y la posición de los grupos o zonas de píxeles (cada zona tiene una respuesta diferente a la luz) puedan modificarse durante la operación, por ejemplo, en tiempo real. Cada zona es mayor que el tamaño del píxel del dispositivo. Por lo tanto, cada zona puede comprender una pluralidad de píxeles. El experto en la técnica está igualmente familiarizado con la implementación de componentes ópticos, como polarizadores y placas de onda, junto con un dispositivo de cristal líquido pixelado para proporcionar un dispositivo de obturación de luz reconfigurable. A modo de ejemplo, el dispositivo de control puede utilizar selección de polarización, pero también son aplicables otros esquemas basados en otras propiedades de la luz. En algunas realizaciones, el dispositivo de control comprende una pantalla de cristal líquido pixelada y, opcionalmente, otros elementos ópticos configurados colectivamente para transmitir luz con una primera polarización y absorber o reflejar luz con una segunda polarización, en donde la primera y la segunda polarización son opuestas o complementarias. Para evitar dudas, se puede utilizar cualquier número de sistemas ópticos diferentes para formar el dispositivo de control, dependiendo de las características, como la polarización y la longitud de onda, de la luz que forma la imagen, y, por lo tanto, la presente divulgación no está limitada por la construcción del dispositivo de control. Por lo tanto, se entenderá que el dispositivo de control en esta memoria descrito se define por su funcionalidad y no por su estructura. The control device described herein may take different forms, but, according to the claimed invention, it is a light shutter device. As described below, with reference to Figures 12 and 13, the control device comprises a light shutter device formed by a plurality, as a 2D array, of individually controllable light receiving/processing elements, such as pixels. In particular, the light shutter device may comprise a pixelated liquid crystal device or display. In some embodiments, the elements or pixels may operate in contiguous groups to form the transmissive and non-transmissive shutter regions described herein. Each group of pixels may be switchable between a first optical mode (e.g., transmissive or optically transparent) and a second optical mode (e.g., reflective or optically absorptive/opaque). One skilled in the art knows how to control a pixelated display device so that the size and position of the groups or regions of pixels (each region having a different response to light) can be modified during operation, for example, in real time. Each region is larger than the pixel size of the device. Therefore, each region may comprise a plurality of pixels. One skilled in the art is equally familiar with the implementation of optical components, such as polarizers and wave plates, in conjunction with a pixelated liquid crystal device to provide a reconfigurable light shutter device. By way of example, the control device may utilize polarization selection, but other schemes based on other properties of light are also applicable. In some embodiments, the control device comprises a pixelated liquid crystal display and, optionally, other optical elements collectively configured to transmit light with a first polarization and absorb or reflect light with a second polarization, wherein the first and second polarizations are opposite or complementary. For the avoidance of doubt, any number of different optical systems may be used to form the control device, depending on the characteristics, such as polarization and wavelength, of the image-forming light, and therefore, the present disclosure is not limited by the construction of the control device. Therefore, it will be understood that the control device described herein is defined by its functionality and not by its structure.

El dispositivo de control es reconfigurable dinámicamente. En algunas realizaciones, el dispositivo de control está pixelado. Es decir, el dispositivo de control comprende una agrupación de píxeles controlables individualmente. Cada píxel puede comprender, por ejemplo, un cristal líquido configurable entre un estado transmisivo y uno no transmisivo. Cualquier imperfección en la alineación entre el borde de un píxel y el borde de la zona de abertura ideal, identificada según esta divulgación, puede solucionarse dejando pasar demasiada o muy poca luz. Es decir, abriendo o cerrando otra línea de píxeles en la configuración zonal. En realizaciones que comprenden tres o más configuraciones (por ejemplo, cuando se considera el tamaño finito de cada pupila de entrada), el dispositivo de control tiene suficiente resolución o número de píxeles para que el píxel en la interfaz siempre pueda bloquear la luz. The control device is dynamically reconfigurable. In some embodiments, the control device is pixelated. That is, the control device comprises an array of individually controllable pixels. Each pixel may comprise, for example, a liquid crystal configurable between a transmissive and a non-transmissive state. Any imperfection in the alignment between the edge of a pixel and the edge of the ideal aperture zone, identified according to this disclosure, can be resolved by allowing too much or too little light to pass through. That is, by opening or closing another line of pixels in the zonal configuration. In embodiments comprising three or more configurations (for example, when considering the finite size of each entrance pupil), the control device has sufficient resolution or number of pixels such that the pixel at the interface can always block light.

Como se ha descrito anteriormente, el dispositivo de control, como un dispositivo de obturación de luz que forma una abertura de guía de ondas, necesita cambiar rápidamente entre configuraciones. Esto se debe a que, durante la transición entre configuraciones, la fuente de luz que ilumina el dispositivo de visualización debe apagarse para evitar la emisión incontrolada de luz desde la guía de ondas. En realizaciones que implementan una fuente de luz láser con compuerta para iluminar el dispositivo de visualización, es deseable que el dispositivo de obturación se actualice completamente dentro del tiempo en que el diodo láser ya estaría "apagado" para la compuerta láser (es decir, durante la actualización de fotogramas del dispositivo de visualización). De esta manera, no se reduce el tiempo permitido de encendido del láser para iluminar el dispositivo de visualización. As described above, the control device, such as a light shutter device forming a waveguide aperture, needs to switch quickly between configurations. This is because, during the transition between configurations, the light source illuminating the display device must be turned off to prevent uncontrolled light emission from the waveguide. In embodiments implementing a gated laser light source to illuminate the display device, it is desirable for the shutter device to be fully updated within the time when the laser diode would already be "off" for the laser gate (i.e., during the frame update of the display device). In this way, the allowable on-time of the laser to illuminate the display device is not reduced.

La invención reivindicada propone un dispositivo de control configurado como una pluralidad de píxeles, como una agrupación unidimensional, en donde cada píxel forma un "obturador" para bloquear selectivamente la luz procedente de un punto de transmisión correspondiente a lo largo de la guía de ondas. Por lo tanto, el dispositivo de control se denomina "dispositivo de obturación de luz". Los píxeles son celdas de cristal líquido, operables en dos estados ópticos. En un estado óptico, la celda de cristal líquido bloquea (por ejemplo, absorbe o refleja) la luz incidente desde una posición (o región) correspondiente en la guía de ondas, para evitar la transmisión de luz. En el otro estado óptico, la celda de cristal líquido es transparente, de modo que la luz incidente procedente de una posición (o región) correspondiente en la guía de ondas se transmite a través de ella. Los píxeles del dispositivo de obturación de luz se controlan mediante señales de control, como es bien conocido en la técnica. En algunas realizaciones, todos los píxeles del dispositivo de obturación de luz son activados directamente por una de dos señales de activación para activar el píxel en uno de los estados ópticos primero y segundo. The claimed invention proposes a control device configured as a plurality of pixels, as a one-dimensional array, wherein each pixel forms a "shutter" for selectively blocking light from a corresponding transmission point along the waveguide. Therefore, the control device is referred to as a "light shutter device." The pixels are liquid crystal cells, operable in two optical states. In one optical state, the liquid crystal cell blocks (e.g., absorbs or reflects) incident light from a corresponding position (or region) in the waveguide, to prevent light transmission. In the other optical state, the liquid crystal cell is transparent, such that incident light from a corresponding position (or region) in the waveguide is transmitted therethrough. The pixels of the light shutter device are controlled by control signals, as is well known in the art. In some embodiments, all pixels of the light shutter device are directly driven by one of two drive signals to drive the pixel into one of the first and second optical states.

La Figura 12 muestra un esquema de activación para conmutar la configuración de un dispositivo de obturación de luz 1200, que comprende una agrupación unidimensional de celdas de cristal líquido que forman píxeles. El circuito de activación comprende una pluralidad de conmutadores 1210, cada uno asociado a un píxel individual del dispositivo de obturación de luz. Cabe destacar que, en otras disposiciones, cada conmutador puede asociarse a un grupo de píxeles controlable independientemente. Cada conmutador se puede conectar selectivamente a una primera o segunda señal de activación. En la disposición ilustrada, la primera señal de activación es una señal "baja", en la que el conmutador se conecta a la línea de baja tensión o a tierra para activar el o los píxeles correspondientes en un estado transparente (ilustrado como blanco/sin sombreado) para abrir el obturador. La segunda señal de activación es una señal "alta", en la que el conmutador se conecta a la línea de alta tensión para activar el o los píxeles correspondientes en un estado opaco o reflectante (ilustrado como negro/sombreado) para cerrar el obturador. Son posibles y se contemplan otras disposiciones. Figure 12 shows a trigger scheme for switching the configuration of a light shutter device 1200, which comprises a one-dimensional array of liquid crystal cells forming pixels. The trigger circuit comprises a plurality of switches 1210, each associated with an individual pixel of the light shutter device. It should be noted that, in other arrangements, each switch may be associated with an independently controllable group of pixels. Each switch may be selectively connected to a first or second trigger signal. In the illustrated arrangement, the first trigger signal is a "low" signal, where the switch is connected to the low voltage line or ground to activate the corresponding pixel(s) in a transparent state (illustrated as white/unshaded) to open the shutter. The second trigger signal is a "high" signal, in which the switch connects to the high-voltage line to activate the corresponding pixel(s) in an opaque or reflective state (illustrated as black/shaded) to close the shutter. Other arrangements are possible and contemplated.

Por consiguiente, en el esquema de activación de la Figura 12, cada píxel del dispositivo de obturación de luz 1200 se activa directamente con una señal de activación "baja" o "alta" bajo el control del conmutador correspondiente 1210. La activación directa de los píxeles maximiza el contraste entre los estados transparente y opaco, en comparación con un esquema de activación pasivo. Además, la activación independiente de cada píxel maximiza la flexibilidad para definir los grupos de píxeles que forman las diferentes "zonas" del dispositivo de obturación de luz, como se describe en esta memoria. Por ejemplo, la frontera entre zonas puede tener que cambiarse en respuesta a cambios en la posición de ojos de los ojos del observador dentro de la caja ocular, correspondiente al centro de cada pupila de entrada en la que se basa la geometría, como se ha descrito anteriormente. La posición de los ojos del observador puede seguirse mediante un dispositivo de seguimiento ocular, como es bien conocido en la técnica. Accordingly, in the gating scheme of Figure 12, each pixel of the light shutter device 1200 is directly driven by a "low" or "high" drive signal under the control of a corresponding switch 1210. Direct gating of the pixels maximizes the contrast between the transparent and opaque states, as compared to a passive gating scheme. Furthermore, independent gating of each pixel maximizes the flexibility in defining the groups of pixels that form the different "zones" of the light shutter device, as described herein. For example, the boundary between zones may need to be changed in response to changes in the eye position of the observer's eyes within the eye box, corresponding to the center of each entrance pupil on which the geometry is based, as described above. The position of the observer's eyes may be tracked by an eye-tracking device, as is well known in the art.

En algunas realizaciones, los conmutadores se disponen externamente al dispositivo de obturación de luz, como en una placa de circuito impreso (PCB) externa. En otras realizaciones, los conmutadores pueden implementarse como parte del circuito de píxeles asociado a cada uno de los píxeles del dispositivo de obturación de luz. Por ejemplo, se puede implementar un conmutador dentro de cada circuito de píxeles integrado en el sustrato de una pantalla de cristal líquido con transistor de película fina (TFT-LCD) que forma el dispositivo de obturación de luz. In some embodiments, the switches are arranged externally to the light-shuttering device, such as on an external printed circuit board (PCB). In other embodiments, the switches may be implemented as part of the pixel circuitry associated with each of the pixels in the light-shuttering device. For example, a switch may be implemented within each pixel circuitry integrated into the substrate of a thin-film transistor liquid crystal display (TFT-LCD) that forms the light-shuttering device.

Sin embargo, para las celdas de cristal líquido según la invención reivindicada, como los píxeles de un dispositivo de cristal líquido de celda delgada, el periodo de tiempo de conmutación para pasar de un estado óptico a otro es mayor que para pasar de uno a otro. Por ejemplo, el periodo de tiempo de conmutación es mayor cuando la celda de cristal líquido se relaja a su nuevo estado que cuando se la activa a dicho estado. El periodo de tiempo para pasar de un segundo estado óptico (obturador cerrado) a un primer estado óptico (obturador abierto) es mayor que el tiempo para pasar del primer estado óptico (obturador abierto) al segundo estado óptico (obturador cerrado), como cuando la celda de cristal líquido se relaja al estado transparente/abierto, pero se le activa hacia el estado opaco/cerrado. However, for liquid crystal cells according to the claimed invention, such as pixels in a thin-cell liquid crystal device, the switching time period to transition from one optical state to another is longer than that to transition from one to the other. For example, the switching time period is longer when the liquid crystal cell relaxes to its new state than when it is activated to that state. The time period to transition from a second optical state (shutter closed) to a first optical state (shutter open) is longer than the time to transition from the first optical state (shutter open) to the second optical state (shutter closed), such as when the liquid crystal cell relaxes to the transparent/open state but is activated to the opaque/closed state.

La presente divulgación aborda el problema técnico de que el periodo de tiempo de conmutación de los píxeles de un dispositivo de obturación de luz, cuando cambian en una dirección mediante la cual la celda de cristal líquido se "relaja" a su nuevo estado, es demasiado largo para los requisitos de la aplicación, de modo que el rendimiento se ve comprometido como se ha descrito anteriormente. The present disclosure addresses the technical problem that the switching time period of the pixels of a light shutter device, when they change in a direction whereby the liquid crystal cell "relaxes" to its new state, is too long for the application requirements, such that performance is compromised as described above.

La Figura 13 muestra un sistema para controlar un dispositivo de obturación de luz 1300, según las realizaciones, lo que permite actualizar su configuración de forma más rápida y eficiente. El dispositivo de obturación de luz 1300 comprende una agrupación unidimensional de píxeles, como se ha descrito anteriormente con referencia a la Figura 12. Figure 13 shows a system for controlling a light shutter device 1300, according to embodiments, allowing its settings to be updated more quickly and efficiently. The light shutter device 1300 comprises a one-dimensional array of pixels, as described above with reference to Figure 12.

El sistema, denominado "circuito de activación", comprende un controlador de activación 1330, un circuito de multiplexación 1320 y un circuito de conmutación 1310. El circuito de conmutación 1310 comprende una pluralidad de conmutadores, como conmutadores digitales. En la disposición ilustrada, el número de conmutadores del circuito de conmutación es igual al número de píxeles del dispositivo de obturación de luz 1300. La salida de cada conmutador del circuito de conmutación 1310 se conecta a un píxel correspondiente del dispositivo de obturación de luz 1300, para activar el píxel de forma independiente con una señal de activación "baja" o "alta". The system, referred to as a "drive circuit," comprises a drive controller 1330, a multiplexing circuit 1320, and a switching circuit 1310. The switching circuit 1310 comprises a plurality of switches, such as digital switches. In the illustrated arrangement, the number of switches in the switching circuit is equal to the number of pixels in the light shutter device 1300. The output of each switch in the switching circuit 1310 is connected to a corresponding pixel in the light shutter device 1300, to independently drive the pixel with a "low" or "high" drive signal.

El controlador de activación 1330 se dispone para controlar la conmutación de los píxeles del dispositivo de obturación de luz 1300 mediante el circuito de conmutación 1310, cambiando así su configuración durante un ciclo de actualización. El controlador 1330 envía señales de control al circuito de conmutación 1310 para controlar la selección de la señal de activación actualizada (alta o baja) que se proporcionará a cada píxel, así como la temporización, la secuencia y el orden de actualización de cada píxel del dispositivo de obturación de luz 1300. En la disposición ilustrada, se utiliza un circuito de multiplexación 1320, que comprende uno o más estadios de multiplexores, para enrutar secuencialmente las señales de control desde el controlador 1330 a la pluralidad de conmutadores del circuito de conmutación 1310. El experto en la técnica apreciará que se pueden utilizar otras disposiciones, en lugar del circuito de multiplexación 1320, para el enrutamiento de señales. El controlador de activación 1330 se dispone típicamente para recibir entradas desde el sistema de visualización y generar las señales de control necesarias para reconfigurar el dispositivo de obturación de luz 1300 en cada ciclo de actualización en el momento oportuno (por ejemplo, durante la actualización de un fotograma del dispositivo de visualización). Por ejemplo, el controlador de activación 1330 puede recibir señales de un motor holográfico o de un driver de pantalla del dispositivo de visualización, indicando la actualización de un fotograma o subfotograma del dispositivo. Además, o como alternativa, el controlador de activación 1330 puede recibir señales de un controlador de fuente de luz que indica cuándo esta se enciende y/o se apaga. El controlador de activación 1330 puede recibir señales de un procesador externo que indican la configuración actualizada o los cambios de configuración necesarios para el dispositivo de obturación de luz 1300. Alternativamente, el propio controlador de activación 1330 puede determinar la configuración o los cambios de configuración necesarios. En este último caso, el controlador de activación 1330 puede recibir señales de un sistema de seguimiento ocular que indican cambios en la posición de los ojos del observador para determinar la posición de las zonas, como se ha descrito anteriormente. El controlador de unidad 1330 puede implementarse como un procesador o circuito externo, como un FPGA. The trigger controller 1330 is arranged to control the switching of the pixels of the light shutter device 1300 by the switching circuit 1310, thereby changing their configuration during an update cycle. The controller 1330 sends control signals to the switching circuit 1310 to control the selection of the updated trigger signal (high or low) to be provided to each pixel, as well as the timing, sequence, and update order of each pixel of the light shutter device 1300. In the illustrated arrangement, a multiplexing circuit 1320, comprising one or more stages of multiplexers, is used to sequentially route control signals from the controller 1330 to the plurality of switches of the switching circuit 1310. It will be appreciated by one of skill in the art that other arrangements, in place of the multiplexing circuit 1320, may be used for signal routing. The trigger controller 1330 is typically arranged to receive inputs from the display system and generate the control signals necessary to reconfigure the light shutter device 1300 at each refresh cycle at an appropriate time (e.g., during a frame refresh of the display device). For example, the trigger controller 1330 may receive signals from a holographic engine or a display driver of the display device, indicating the refresh of a frame or subframe of the device. Additionally, or alternatively, the trigger controller 1330 may receive signals from a light source controller indicating when the light source is turned on and/or off. The trigger controller 1330 may receive signals from an external processor indicating updated configuration or configuration changes needed for the light shutter device 1300. Alternatively, the trigger controller 1330 itself may determine the necessary configuration or configuration changes. In the latter case, the trigger controller 1330 may receive signals from an eye-tracking system indicating changes in the position of the observer's eyes to determine the position of the zones, as described above. The drive controller 1330 may be implemented as an external processor or circuit, such as an FPGA.

Para garantizar que el periodo de tiempo total para conmutar todos los píxeles del dispositivo de obturación de luz 1300 durante un ciclo de actualización se encuentre dentro del tiempo requerido, por ejemplo, menor que el tiempo durante el cual la fuente de luz se apaga durante una actualización de fotogramas del dispositivo de visualización, el controlador de activación 1300 se dispone para proporcionar las señales de control a la pluralidad de conmutadores en una secuencia óptima. En particular, el controlador de activación 1330 se dispone para determinar una secuencia optimizada que define el orden en que se proporcionan las señales de control a la pluralidad de conmutadores en función del cambio de estado de los píxeles correspondientes mediante la actualización de la configuración. Según la invención reivindicada, el controlador de activación 1330 identifica los píxeles que deben controlarse en una dirección que tarda más en conmutar completamente entre estados (por ejemplo, la dirección en la que el píxel se "relaja" al nuevo estado) y determina la secuencia de señales de control para que los píxeles identificados se conmuten primero, antes que los demás. Normalmente, la secuencia de señales de control para los conmutadores que se asocian con los píxeles identificados (p. ej., zonas) que se conmutarán primero es tal que las señales de activación activan píxeles consecutivos de la agrupación del dispositivo de obturación de luz 1300. De este modo, los píxeles identificados (zonas) se activan secuencialmente (es decir, uno a uno) desde un primer extremo de la agrupación hasta un segundo extremo de la agrupación. Una vez activados todos los píxeles identificados, los demás píxeles (zonas) se activan secuencialmente (es decir, uno a uno) desde el primer extremo de la agrupación hasta el segundo extremo de la agrupación. De esta forma, todos los píxeles que tarden más en alcanzar un nuevo estado estable estarán completamente activados al final del ciclo de actualización. To ensure that the total time period for switching all of the pixels of the light shutter device 1300 during one refresh cycle is within the required time, e.g., less than the time during which the light source is turned off during a frame refresh of the display device, the trigger controller 1300 is arranged to provide the control signals to the plurality of switches in an optimal sequence. In particular, the trigger controller 1330 is arranged to determine an optimized sequence defining the order in which the control signals are provided to the plurality of switches based on the change in state of the corresponding pixels by updating the configuration. In accordance with the claimed invention, the trigger controller 1330 identifies pixels that are to be driven in a direction that takes longer to fully switch between states (e.g., the direction in which the pixel "relaxes" to the new state) and determines the sequence of control signals so that the identified pixels are switched first, before any others. Typically, the sequence of control signals for the switches that are associated with the identified pixels (e.g., zones) to be switched first is such that the trigger signals trigger consecutive pixels in the array of the light shutter device 1300. In this way, the identified pixels (zones) are triggered sequentially (i.e., one by one) from a first end of the array to a second end of the array. After all of the identified pixels have been triggered, the remaining pixels (zones) are triggered sequentially (i.e., one by one) from the first end of the array to the second end of the array. In this way, all pixels that take the longest to reach a new stable state will be fully triggered by the end of the update cycle.

En algunas realizaciones, cada uno de la pluralidad de conmutadores del circuito de conmutación 1310 puede comprender un conmutador digital con entradas conectadas a las tensiones primera y segunda correspondientes a las señales de activación alta y baja. Una entrada de control de cada conmutador digital controla la selección entre las señales de control alta y baja de salida del conmutador. Por consiguiente, en estas realizaciones, las señales de control se reciben secuencialmente como entradas de control a los conmutadores digitales para controlar la salida de la señal alta o baja requerida para activar secuencialmente sus respectivos píxeles del dispositivo de obturación de luz. De este modo, cada conmutador digital se direcciona uno a uno, en secuencia. Sin embargo, dado que el tiempo de actualización total (el tiempo que tardan todos los píxeles del dispositivo de obturación de luz en actualizar su configuración) es limitado, como se ha mencionado anteriormente, la señal de control se aplica a cada conmutador durante un tiempo muy corto, tras el cual puede existir una tensión flotante en la entrada de control. En particular, los inventores descubrieron que un conmutador digital podría no ser capaz de mantener su estado de forma fiable, para así tener como salida la tensión de activación correcta a su píxel respectivo, cuando la señal de control se aplica durante un tiempo tan corto. Para solucionar este problema, los inventores proponen proporcionar un condensador de "muestreo y retención" en la ruta de señal entre el controlador de activación 1330/circuito de multiplexación 1320 y la entrada de control de cada conmutador digital del circuito de conmutación 1310. El condensador de muestreo y retención mantiene la tensión de la señal de control aplicada recibida desde el controlador de unidad 1330/circuito de multiplexación 1320 durante un periodo de tiempo más largo, de modo que el conmutador digital funciona de manera confiable. In some embodiments, each of the plurality of switches in the switching circuit 1310 may comprise a digital switch with inputs connected to first and second voltages corresponding to the high and low trigger signals. A control input of each digital switch controls the selection between the high and low control signals output from the switch. Accordingly, in these embodiments, control signals are sequentially received as control inputs to the digital switches to control the output of the high or low signal required to sequentially trigger their respective pixels of the light shutter device. In this way, each digital switch is addressed one by one, in sequence. However, since the total update time (the time taken for all pixels in the light shutter device to update their configuration) is limited, as mentioned above, the control signal is applied to each switch for a very short time, after which a floating voltage may exist at the control input. In particular, the inventors discovered that a digital switch might not be able to reliably maintain its state, in order to output the correct drive voltage to its respective pixel, when the control signal is applied for such a short time. To overcome this problem, the inventors propose to provide a "sample and hold" capacitor in the signal path between the drive controller 1330/multiplexing circuit 1320 and the control input of each digital switch in the switching circuit 1310. The sample and hold capacitor maintains the applied control signal voltage received from the drive controller 1330/multiplexing circuit 1320 for a longer period of time, such that the digital switch operates reliably.

Los ejemplos descritos anteriormente no deben considerarse limitativos. Por ejemplo, el sistema de visión puede tener más de dos aberturas de visión o pupilas de entrada. Por ejemplo, es posible dividir una imagen (y, en consecuencia, un holograma calculado y la imagen holográficamente reconstruida resultante) en cualquier número de zonas, y así producir cualquier número de canales angulares correspondientes de luz modulada espacialmente. Por ejemplo, el dispositivo de control se ha descrito como conmutable entre las fases primera y segunda, pero podría configurarse para conmutar entre más de dos fases. Por ejemplo, el control puede tener cuatro fases. Según una realización, una fase (por ejemplo, cada fase) del dispositivo de control puede permitir que la luz se administre solo a un ojo (o abertura de visión). Según una realización, una fase (por ejemplo, cada fase) del dispositivo de control puede permitir que la luz se administre solo a más de un ojo (o más de una abertura de visión). The examples described above should not be considered limiting. For example, the vision system may have more than two viewing apertures or entrance pupils. For example, it is possible to divide an image (and, consequently, a calculated hologram and the resulting holographically reconstructed image) into any number of zones, and thus produce any number of corresponding angular channels of spatially modulated light. For example, the control device has been described as being switchable between first and second stages, but could be configured to switch between more than two stages. For example, the control may have four stages. According to one embodiment, one stage (e.g., each stage) of the control device may allow light to be delivered to only one eye (or viewing aperture). According to one embodiment, one stage (e.g., each stage) of the control device may allow light to be delivered to only more than one eye (or more than one viewing aperture).

El número y/o el tamaño de las zonas que reciben contenido de imagen no necesariamente deben ser iguales en cada fase. En otras palabras, algunas fases del dispositivo de control pueden proporcionar más contenido de imagen que otras. De igual manera, no es necesario que ambos ojos reciban la misma cantidad de contenido de imagen en cada fase, ni en total, cuando varias fases del dispositivo de control se entrelazan. Por ejemplo, es posible que un ojo vea más contenido de imagen que el otro, dependiendo de sus posiciones relativas y/o de otros factores. The number and/or size of the areas receiving image content need not necessarily be equal in each phase. In other words, some phases of the control device may provide more image content than others. Similarly, both eyes need not receive the same amount of image content in each phase, or in total, when multiple phases of the control device are interlaced. For example, one eye may see more image content than the other, depending on their relative positions and/or other factors.

Un sistema de visualización que comprende un dispositivo de control, como una abertura de guía de ondas, como se describe en esta memoria, puede configurarse para visualizar una pluralidad de imágenes diferentes, una tras otra y/o en momentos diferentes. Por lo tanto, un dispositivo de visualización dentro de dicho sistema puede configurarse para visualizar diferentes hologramas, a veces en rápida sucesión. Las imágenes diferentes pueden tener un número de zonas distinto. Además, el tamaño de las zonas puede diferir entre diferentes imágenes respectivas. De igual forma, los rayos de luz de las zonas de una imagen pueden definirse por ángulos diferentes con respecto a los rayos de luz de las zonas de una segunda imagen. El dispositivo de control puede configurarse para adaptarse dinámicamente a cambios en el número y/o tamaño de las zonas. A display system comprising a control device, such as a waveguide aperture, as described herein, may be configured to display a plurality of different images, one after the other and/or at different times. Thus, a display device within such a system may be configured to display different holograms, sometimes in rapid succession. The different images may have a different number of zones. Furthermore, the size of the zones may differ between respective images. Similarly, light rays from the zones of one image may be defined by different angles with respect to light rays from the zones of a second image. The control device may be configured to dynamically adapt to changes in the number and/or size of the zones.

En otras palabras, las posiciones precisas a lo largo de la guía de ondas (Pwg) en las que el dispositivo de control cambia de abierto a cerrado, y viceversa, pueden no ser fijas. En su lugar, el dispositivo de control puede configurarse para cambiar dinámicamente las posiciones a lo largo de la guía de ondas (Pwg) en las que cambia de abierto a cerrado. Por lo tanto, se puede variar el número total de partes abiertas y cerradas proporcionadas por el dispositivo de control. También se pueden variar los tamaños individuales de una o más de dichas partes. In other words, the precise positions along the waveguide (Pwg) at which the control device transitions from open to closed, and vice versa, may not be fixed. Instead, the control device may be configured to dynamically change the positions along the waveguide (Pwg) at which it transitions from open to closed. Thus, the total number of open and closed portions provided by the control device may be varied. The individual sizes of one or more of these portions may also be varied.

El sistema puede configurarse para visualizar una secuencia de imágenes, como una secuencia de imágenes con velocidad de vídeo. Cada imagen puede corresponder a un fotograma de una secuencia de fotogramas con una velocidad de fotogramas de, por ejemplo, 50 o 60 Hz. Cada fotograma puede comprender una pluralidad de subfotogramas. La velocidad de los subfotogramas puede ser, por ejemplo, 4 u 8 veces superior. El holograma visualizado puede cambiar para cada subfotograma sucesivo. Cada subfotograma puede considerarse un evento de visualización individual. Cada subfotograma puede corresponder a la imagen o, al menos, a una parte de ella. Si bien en algunas realizaciones se ha mostrado que la luz se suministra a ambos ojos en cada evento de visualización, la presente divulgación no se limita a este respecto. Por ejemplo, el motor de luz puede configurarse para suministrar luz a un solo ojo/pupila de entrada por evento de visualización. La configuración de la abertura de guía de ondas (es decir, el tamaño y/o la distribución de las aberturas/agujeros abiertos y cerrados) puede cambiar en cada evento de visualización o cada n eventos de visualización, en donde n es un número entero. Asimismo, si bien las realizaciones descritas muestran que el contenido de imagen adyacente se entrega a través de cada abertura/agujero durante un evento de visualización, la presente divulgación no se limita a dicha situación, y el contenido de imagen entregado a través de cada abertura puede no ser adyacente. En algunas realizaciones, solo se entrega un intervalo angular de luz a un ojo por configuración de abertura/evento de visualización. En algunas realizaciones, el sistema de control se configura para entregar luz a cada ojo/pupila de entrada, uno por uno. The system may be configured to display a sequence of images, such as a video-rate image sequence. Each image may correspond to a frame in a sequence of frames with a frame rate of, for example, 50 or 60 Hz. Each frame may comprise a plurality of subframes. The rate of the subframes may be, for example, 4 or 8 times faster. The displayed hologram may change for each successive subframe. Each subframe may be considered an individual viewing event. Each subframe may correspond to the image or at least a portion of it. While in some embodiments it has been shown that light is supplied to both eyes at each viewing event, the present disclosure is not limited in this regard. For example, the light engine may be configured to supply light to only one eye/input pupil per viewing event. The waveguide aperture configuration (i.e., the size and/or distribution of the open and closed apertures/holes) may change on each viewing event or every n viewing events, where n is an integer. Furthermore, while the described embodiments show that adjacent image content is delivered through each aperture/hole during a viewing event, the present disclosure is not limited to such a situation, and the image content delivered through each aperture may not be adjacent. In some embodiments, only one angular range of light is delivered to an eye per aperture configuration/viewing event. In some embodiments, the control system is configured to deliver light to each input eye/pupil, one at a time.

Como se ha descrito anteriormente en la presente divulgación, se puede calcular un holograma de una imagen de destino para un tamaño y una posición específicos de una abertura de visión, por ejemplo, para un tamaño y una posición específicos de la pupila de entrada del ojo del observador. Si cambia una restricción, como el diámetro o la posición de la pupila de entrada, el holograma puede recalcularse, incluso si la imagen de destino que se reconstruirá en ese momento (y, por lo tanto, el contenido de la imagen que el observador verá o percibirá) permanece invariable. No es necesario que cada holograma tenga el mismo número o tamaño de zonas, incluso cuando dos hologramas representan la misma imagen de destino. As described above in the present disclosure, a hologram of a target image may be calculated for a specific size and position of a viewing aperture, for example, for a specific size and position of the entrance pupil of the observer's eye. If a constraint, such as the diameter or position of the entrance pupil, changes, the hologram may be recalculated, even if the target image to be reconstructed at that time (and thus the image content that the observer will see or perceive) remains unchanged. Each hologram need not have the same number or size of regions, even when two holograms represent the same target image.

El dispositivo de control, como un dispositivo de obturación de luz, se ha descrito en particular en el contexto de la propagación de un holograma de "canalización". Sin embargo, debe quedar claro que las ventajas del dispositivo de control (en particular, la aportación de un dispositivo de control de luz con un tiempo de actualización rápido que compensa los cambios de estado más lentos según el orden de conmutación) también son aplicables en otros contextos. The control device, such as a light-shutter device, has been described specifically in the context of channeling hologram propagation. However, it should be clear that the advantages of the control device (particularly the provision of a light-shutter device with a fast update time that compensates for slower state changes depending on the switching order) are also applicable in other contexts.

Características adicionalesAdditional features

Las realizaciones se refieren a un modulador de luz espacial LCOS activado eléctricamente solo a modo de ejemplo. Las enseñanzas de la presente divulgación pueden implementarse igualmente en cualquier modulador de luz espacial capaz de visualizar un holograma generado por ordenador según la presente divulgación, como cualquier SLM activado eléctricamente, SLM activado ópticamente, dispositivo de microespejo digital o dispositivo microelectromecánico, por ejemplo. Embodiments relate to an electrically driven LCOS spatial light modulator by way of example only. The teachings of the present disclosure may equally be implemented in any spatial light modulator capable of displaying a computer-generated hologram in accordance with the present disclosure, such as any electrically driven SLM, optically driven SLM, digital micromirror device, or microelectromechanical device, for example.

En algunas realizaciones, la fuente de luz es un láser, como un diodo láser. In some embodiments, the light source is a laser, such as a laser diode.

El sistema de la presente divulgación puede utilizarse para proporcionar una pantalla de visualización frontal (HUD) mejorada o una pantalla montada en la cabeza. En algunas realizaciones, se proporciona un vehículo que comprende el sistema de proyección holográfica instalado para proporcionar un HUD. El vehículo puede ser un automóvil, como un coche, camión, furgoneta, motocicleta, tren, avión, barco o embarcación. The system of the present disclosure may be used to provide an enhanced head-up display (HUD) or head-mounted display. In some embodiments, a vehicle is provided comprising the holographic projection system installed to provide a HUD. The vehicle may be an automobile, such as a car, truck, van, motorcycle, train, airplane, boat, or watercraft.

Los ejemplos describen la iluminación del SLM con luz visible, pero el experto entenderá que las fuentes de luz y el SLM pueden utilizarse igualmente para dirigir luz infrarroja o ultravioleta, por ejemplo, como se describe en esta memoria. Por ejemplo, el experto conocerá las técnicas para convertir la luz infrarroja y ultravioleta en luz visible con el fin de proporcionar información al usuario. Por ejemplo, la presente divulgación abarca el uso de fósforos y/o tecnología de puntos cuánticos para este fin. The examples describe illuminating the SLM with visible light, but the skilled person will understand that the light sources and the SLM can also be used to direct infrared or ultraviolet light, for example, as described herein. For example, the skilled person will understand techniques for converting infrared and ultraviolet light into visible light to provide information to the user. For example, the present disclosure covers the use of phosphors and/or quantum dot technology for this purpose.

Los métodos y procesos en esta memoria descritos pueden implementarse en un medio legible por ordenador. El término "medio legible por ordenador" incluye un medio dispuesto para almacenar datos temporal o permanentemente, como la memoria de acceso aleatorio (RAM), la memoria de solo lectura (ROM), la memoria búfer, la memoria flash y la memoria caché. El término "medio legible por ordenador" también incluye cualquier medio, o combinación de varios medios, capaz de almacenar instrucciones para su ejecución por una máquina, de modo que estas, al ser ejecutadas por uno o más procesadores, hagan que la máquina ejecute una o más de las metodologías descritas en esta memoria, total o parcialmente. The methods and processes described herein can be implemented on a computer-readable medium. The term "computer-readable medium" includes a medium arranged to store data temporarily or permanently, such as random access memory (RAM), read-only memory (ROM), buffer memory, flash memory, and cache memory. The term "computer-readable medium" also includes any medium, or combination of media, capable of storing instructions for execution by a machine, such that these instructions, when executed by one or more processors, cause the machine to execute one or more of the methodologies described herein, in whole or in part.

El término "medio legible por ordenador" también abarca los sistemas de almacenamiento en la nube. El término "medio legible por ordenador" incluye, entre otros, uno o más repositorios de datos tangibles y no transitorios (p. ej., volúmenes de datos) en forma de chip de memoria de estado sólido, disco óptico, disco magnético o cualquier combinación adecuada de estos. En algunas realizaciones, las instrucciones de ejecución pueden comunicarse mediante unos medios portadores. Entre los ejemplos de dicho medio portador se incluyen unos medios transitorios (p. ej., una señal que se propaga y comunica instrucciones). The term "computer-readable medium" also encompasses cloud storage systems. The term "computer-readable medium" includes, but is not limited to, one or more tangible, non-transitory data repositories (e.g., data volumes) in the form of a solid-state memory chip, optical disk, magnetic disk, or any suitable combination thereof. In some embodiments, execution instructions may be communicated via a carrier medium. Examples of such a carrier medium include a transient medium (e.g., a signal that propagates and communicates instructions).

Para los expertos en la técnica será evidente que se pueden realizar diversas modificaciones y variaciones sin apartarse del alcance de las reivindicaciones adjuntas. La presente divulgación abarca todas las modificaciones y variaciones dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas y sus equivalentes. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations may be made without departing from the scope of the appended claims. This disclosure encompasses all modifications and variations within the scope of the appended claims and their equivalents.

Claims (15)

REIVINDICACIONES 1. Un motor de luz dispuesto para formar una imagen visible desde una ventana de visión, en donde el motor de luz comprende:1. A light engine arranged to form an image visible from a viewing window, wherein the light engine comprises: un dispositivo de visualización dispuesto para visualizar un holograma de la imagen y modular espacialmente la luz de acuerdo con el holograma;a display device arranged to display a hologram of the image and spatially modulate light in accordance with the hologram; un expansor de pupila de guía de ondas (902) dispuesto para recibir la luz modulada espacialmente y proporcionar una pluralidad de rutas de propagación de luz diferentes para la luz modulada espacialmente desde el dispositivo de visualización hasta la ventana de visión; ya waveguide pupil expander (902) arranged to receive the spatially modulated light and provide a plurality of different light propagation paths for the spatially modulated light from the display device to the viewing window; and un dispositivo de obturación de luz (1200) dispuesto entre la guía de ondas y la ventana de visión, comprendiendo el dispositivo de obturación de luz:a light shutter device (1200) arranged between the waveguide and the viewing window, the light shutter device comprising: una pluralidad de celdas de cristal líquido, en donde cada celda de cristal líquido puede operar en un primer estado óptico o un segundo estado óptico en respuesta a una respectiva primera o segunda señal de activación;a plurality of liquid crystal cells, wherein each liquid crystal cell is operable in a first optical state or a second optical state in response to a respective first or second drive signal; un circuito de activación que comprende: una pluralidad de conmutadores (1210), en donde cada conmutador se dispone para ten la respectiva primera o segunda señal de activación a una respectiva celda de cristal líquido; y un controlador de activación dispuesto para actualizar secuencialmente la salida de cada conmutador durante un ciclo de actualización;a drive circuit comprising: a plurality of switches (1210), each switch being arranged to input a respective first or second drive signal to a respective liquid crystal cell; and a drive controller arranged to sequentially update the output of each switch during a refresh cycle; en donde el circuito de activación se dispone para determinar el orden en que los conmutadores se actualizan secuencialmente durante un ciclo de actualización en función de cualquier cambio en las respectivas señales de activación que se realizarán durante la actualización;wherein the trigger circuit is arranged to determine the order in which the switches are sequentially updated during an update cycle based on any changes in the respective trigger signals that will occur during the update; en donde las celdas de cristal líquido tardan más en cambiar del segundo estado óptico al primer estado óptico que del primer estado óptico al segundo estado óptico, y el circuito de activación se dispone durante un ciclo de actualización para actualizar la salida de cualquier conmutador que se cambiará de la segunda señal de activación a la primera señal de activación antes que cualquier otro conmutador.wherein the liquid crystal cells take longer to change from the second optical state to the first optical state than from the first optical state to the second optical state, and the driving circuit is arranged during a refresh cycle to update the output of any switch to be changed from the second driving signal to the first driving signal before any other switch. 2. Un motor de luz según cualquier reivindicación anterior, en donde el circuito de activación se dispone durante el ciclo de actualización para actualizar la salida de cualquier conmutador que se cambiará de la primera señal de activación a la segunda señal de activación después de que se hayan actualizado todos los conmutadores que se cambiarán de la segunda señal de activación a la primera señal de activación.2. A light engine according to any preceding claim, wherein the trigger circuit is arranged during the update cycle to update the output of any switch that will be switched from the first trigger signal to the second trigger signal after all switches that will be switched from the second trigger signal to the first trigger signal have been updated. 3. Un motor de luz, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la pluralidad de conmutadores (1210) comprende una pluralidad de conmutadores digitales, en donde cada conmutador digital comprende una primera entrada dispuesta para recibir la primera señal de activación y una segunda entrada dispuesta para recibir la segunda señal de activación; y, opcionalmente, comprende además un condensador asociado a cada conmutador digital, en donde cada condensador se dispone para recibir una señal del controlador de activación durante un ciclo de actualización y para proporcionar una entrada de control al conmutador digital respectivo para tener como salida selectivamente la primera o la segunda señal de activación a la celda de cristal líquido respectiva, en donde el condensador se dispone para mantener la entrada de activación al conmutador digital entre actualizaciones.3. A light engine according to any preceding claim, wherein the plurality of switches (1210) comprises a plurality of digital switches, each digital switch comprising a first input arranged to receive the first drive signal and a second input arranged to receive the second drive signal; and optionally further comprising a capacitor associated with each digital switch, each capacitor being arranged to receive a drive controller signal during a refresh cycle and to provide a control input to the respective digital switch for selectively outputting either the first or the second drive signal to the respective liquid crystal cell, the capacitor being arranged to maintain the drive input to the digital switch between refreshes. 4. Un motor de luz según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el circuito de activación comprende además un circuito de multiplexación para enrutar secuencialmente las señales de control del controlador de activación para actualizar la salida de cada uno de los conmutadores durante un ciclo de actualización; y/o en donde las celdas de cristal líquido se disponen en una distribución unidimensional.4. A light engine according to any preceding claim, wherein the driving circuit further comprises a multiplexing circuit for sequentially routing control signals from the driving controller to update the output of each of the switches during a refresh cycle; and/or wherein the liquid crystal cells are arranged in a one-dimensional array. 5. Un motor de luz según cualquier reivindicación anterior dispuesto para restringir el área de la cara de salida de un replicador óptico que es visible desde un plano de visión, opcionalmente, en donde el replicador óptico se dispone para tener como salida una pluralidad de réplicas de un holograma.5. A light engine according to any preceding claim arranged to restrict the area of the output face of an optical replicator that is visible from a viewing plane, optionally, wherein the optical replicator is arranged to output a plurality of replicas of a hologram. 6. Un motor de luz según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el dispositivo de obturación de luz (1200) se dispone entre un dispositivo de visualización y un observador; opcionalmente, en donde se completa al menos un ciclo de actualización dentro del tiempo de integración del ojo humano; opcionalmente, en donde se inicia un ciclo de actualización si se detecta un cambio en la posición de visión del observador.6. A light engine according to any preceding claim, wherein the light shutter device (1200) is disposed between a display device and an observer; optionally, wherein at least one update cycle is completed within the integration time of the human eye; optionally, wherein an update cycle is initiated if a change in the viewing position of the observer is detected. 7. Un motor de luz según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el dispositivo de obturación de luz (1200) se acopla a una cara de salida del expansor de pupila de guía de ondas (902); y/o en donde el dispositivo de obturación de luz (1200) restringe el área de la cara de salida de la guía de ondas visible desde la ventana de visión.7. A light engine according to any preceding claim, wherein the light shutter device (1200) is coupled to an exit face of the waveguide pupil expander (902); and/or wherein the light shutter device (1200) restricts the area of the exit face of the waveguide visible from the viewing window. 8. Un motor de luz como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el expansor de pupila de guía de ondas (902) y la ventana de visión no son paralelos.8. A light engine as claimed in any preceding claim, wherein the waveguide pupil expander (902) and the viewing window are not parallel. 9. Un motor de luz, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el holograma se configura para distribuir angularmente la luz modulada espacialmente de la imagen según la posición del contenido de la imagen, de modo que los canales angulares de la luz modulada espacialmente se correspondan con las respectivas regiones continuas de la imagen; y en donde al menos una celda de cristal líquido de la pluralidad de celdas de cristal líquido del dispositivo de obturación de luz forma una abertura dispuesta de tal manera que una primera posición de visión dentro de la ventana de visión recibe un primer canal de luz modulada espacialmente por el holograma según una primera región de la imagen, y una segunda posición de visión dentro de la ventana de visión recibe un segundo canal de luz modulada espacialmente por el holograma según una segunda región de la imagen.9. A light engine according to any preceding claim, wherein the hologram is configured to angularly distribute the spatially modulated light of the image according to the position of the image content, such that the angular channels of the spatially modulated light correspond to respective continuous regions of the image; and wherein at least one liquid crystal cell of the plurality of liquid crystal cells of the light shutter device forms an opening arranged such that a first viewing position within the viewing window receives a first channel of light spatially modulated by the hologram according to a first region of the image, and a second viewing position within the viewing window receives a second channel of light spatially modulated by the hologram according to a second region of the image. 10. Un motor de luz según la reivindicación 9, en donde el dispositivo de obturación de luz (1200) comprende al menos un agujero; cada agujero proporciona a la primera y/o a la segunda posición de visión un canal respectivo de luz modulada espacialmente, de modo que se entrega contenido de imagen diferente, respectivamente, a la primera y a la segunda posición de visión prácticamente al mismo tiempo.10. A light engine according to claim 9, wherein the light shutter device (1200) comprises at least one hole; each hole provides the first and/or second viewing position with a respective channel of spatially modulated light, such that different image content is delivered, respectively, to the first and second viewing positions at substantially the same time. 11. Un motor de luz según la reivindicación 10, en donde el dispositivo de obturación de luz (1200) se configura de tal manera que cada agujero puede conmutarse entre una posición abierta y una posición cerrada, de modo que se proporciona una pluralidad de configuraciones diferentes del dispositivo de obturación de luz, en las que cada configuración comprende una secuencia alterna de agujeros abiertas y cerradas.11. A light engine according to claim 10, wherein the light shutter device (1200) is configured such that each hole is switchable between an open position and a closed position, so that a plurality of different configurations of the light shutter device are provided, wherein each configuration comprises an alternating sequence of open and closed holes. 12. Un motor de luz según la reivindicación 10 u 11, en donde el dispositivo de obturación de luz (1200) se configura para proporcionar una primera configuración de dispositivo de control en un primer momento y una segunda configuración de dispositivo de control en un segundo momento, en donde la primera configuración de dispositivo de control y la segunda configuración de dispositivo de control son complementarias.12. A light engine according to claim 10 or 11, wherein the light shutter device (1200) is configured to provide a first control device configuration at a first time and a second control device configuration at a second time, wherein the first control device configuration and the second control device configuration are complementary. 13. Un motor de luz como se reivindica en la reivindicación 12, en donde el intervalo de tiempo entre el primer momento y el segundo momento es menor que el tiempo de integración del ojo humano.13. A light engine as claimed in claim 12, wherein the time interval between the first moment and the second moment is less than the integration time of the human eye. 14. Un motor de luz según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 13, en donde una primera configuración de dispositivo de control, proporcionada por el dispositivo de obturación de luz (1200), entrega luz modulada según las zonas de imagen primera y tercera a la primera posición de visión, y luz modulada según las zonas de imagen segunda y cuarta a la segunda posición de visión, en donde las zonas primera a cuarta son áreas contiguas y ordenadas de la imagen; opcionalmente, una segunda configuración de dispositivo de control, proporcionada por el dispositivo de obturación de luz, proporciona (1200) luz modulada según las zonas de imagen segunda y cuarta de la imagen a la primera posición de visión, y luz modulada según las zonas de imagen primera y tercera de la imagen a la segunda posición de visión.14. A light engine according to any one of claims 9 to 13, wherein a first control device configuration, provided by the light shutter device (1200), delivers modulated light according to the first and third image zones to the first viewing position, and modulated light according to the second and fourth image zones to the second viewing position, wherein the first to fourth zones are contiguous and ordered areas of the image; optionally, a second control device configuration, provided by the light shutter device, provides (1200) modulated light according to the second and fourth image zones of the image to the first viewing position, and modulated light according to the first and third image zones of the image to the second viewing position. 15. Un motor de luz según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la primera y la segunda posición de visión son las posiciones oculares de un observador, y la ventana de visión es una caja ocular; y en el que el tamaño y/o la ubicación, dentro del dispositivo de obturación de luz (1200), de al menos una de los agujeros es variable dinámicamente.15. A light engine according to any preceding claim, wherein the first and second viewing positions are the ocular positions of an observer, and the viewing window is an eye-box; and wherein the size and/or location, within the light-shuttering device (1200), of at least one of the holes is dynamically variable.
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